Проектирование и строительство нормативно-методические документы arrow Автодороги arrow Методические указания Методические указания по гидравлическому расчету косогорных труб  
22.04.2018
    
Методические указания Методические указания по гидравлическому расчету косогорных труб

ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

ПО ГИДРАВЛИЧЕСКОМУ РАСЧЕТУ КОСОГОРНЫХ ТРУБ

Отделение координации научно-исследовательских работ

Москва 1967

Содержание

 TOC o "1-1" p " " h z u ПРЕДИСЛОВИЕ

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

2. БЫСТРОТОКИ

3. СОПРЯЖЕНИЕ БЫСТРОТОКА С ТРУБОЙ

4 . СОБСТВЕННО ТРУБА

5. ГАСИТЕЛИ ЭНЕРГИИ

6. ОТВОДНЫЕ РУСЛА

ПРИНЯТЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

ЛИТЕРАТУРА

ПРЕДИСЛОВИЕ

В настоящей работе приведены методические указания и рекомендации по гидравлическому расчету косогорных труб, подводящих сооружений (быстротоков), гасителей энергии на выходе из трубы и укреплений отводных русел.

Методические указания разработаны на основании теоретических и экспериментальных исследований, выполненных лабораторией мостовой гидравлики и гидрологии Всесоюзного научно-исследовательского института транспортного строительства (ЦНИИС), отечественных и зарубежных литературных источников, и предназначены для использования при проектировании косогорных водопропускных труб под насыпями железных и автомобильных дорог. Указания одобрены Главтранспроектом Минтрансстроя и Отделом экспертизы проектов МПС.

Указания составлены канд. техн. наук B.C. Громовым при участии инженеров Г.Я. Волченкова и В.И. Климеаова и ст. лаборанта А.С. Ефановой под общим руководством канд. техн. наук Л.Г. Бегама.

Замечания по Указаниям просьба направлять по адресу: Москва, И-329, Игарский проезд, 2, ЦНИИС, Отделение изысканий и проектирования ж.д.

 

ЗАМ. ДИРЕКТОРА ЦНИИС

по научной части                                                            (И.Ф. НАСЕДКИН)

РУКОВОДИТЕЛЬ ОТДЕЛЕНИЯ

изысканий и проектирования ж.д. ЦНИИС                 (Г.З. ВЕРЦМАН)

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

К косогорным относятся трубы, устраиваемые при пересечении дорогами логов и водотоков под средним уклоном на участке трубы, от 0,02 и более. В косогорных трубах, как правило, на всем водопроводящем тракте или на части его, формируется гидравлически бурный поток.

Водопропускная труба состоит из трех основных частей (рис. 1-1): а) подводящего русла, б) собственно трубы и в) выходных устройств, за которыми следует отводное русло.

Рис. 1-1. Схема косогорной трубы

К подводящему руслу относится быстроток и входной оголовок. Собственно трубой является средняя часть сооружения, имеющая обычно постоянную ширину (диаметр). К выходным устройствам относятся: выходной оголовок, гаситель энергии и укрепление отводного русла.

Для гидравлического расчета косогорной трубы необходимо знать расходы Q и Qmax заданной СН 200-62 вероятности превышения. Эти расходы определяются гидрологическим расчетом, выполняемым в соответствии с ВСН 63-61 [8].

Гидрологический расчет отверстия трубы должен выполняться без учета аккумуляции. Учет же ее возможен лишь при индивидуальном проектировании с гидравлическим обоснованием его.

2. БЫСТРОТОКИ

2-1. Перед косогорной трубой устраивается искусственное призматическое русло (быстроток). Расчет быстротоков при равномерном движении потока производят по формуле Шези

 или ,                                                      (2-1)

где Q - расход воды, м3/сек;

w - площадь поперечного сечения потока, м2;

v - средняя скорость течения, м/сек;

i - уклон быстротока, то есть синус угла наклона дна к горизонту;

R - гидравлический радиус поперечного сечения, м;

С - коэффициент Шези, м0,5/сек.

2-2. Коэффициент Шези С для русел нормальной (не повышенной) шероховатости определяют по формуле Н.Н. Павловского

,                                                                              (2-2)

где n - коэффициент шероховатости, принимается по табл. 2-1;

.                                (2-3)

Значения коэффициента Шези можно определять по графику рис. 2-1.

2-3. Для уменьшения скорости течения в быстротоке может быть применена повышенная шероховатость в виде поперечных ребер квадратного сечения высотой D. Эти ребра располагают на дне поперек течения на расстоянии между осями t = 8D (рис. 2-2). Высоту ребер рекомендуется выдерживать в пределах 0,1h < D < 0,3h, где h - глубина потока над ребром, измеряемая перпендикулярно линии дна. Коэффициент Шези С в этом случае определяют из формулы О.М.Айвазяна

,                                       (2-5)

где

 - число Фруда                                                    (2-5)

c- смоченный периметр поперечного сечения потока, м:

В - ширина потока по верху, м;

b - ширина быстротока по дну, м.

Рис. 2-1. График для определения коэффициента Шези С по полной формуле Н.Н.Павловского

Рис. 2-2. Схема быстротока с поперечными ребрами

Таблица 2-1

Наименование

Коэффициент шероховатости по акад. Павловскому, n

Одиночное мощение на щебне из булыжного камня размером 15-20 см

0,020

Одиночное мощение на щебне из рваного камня размером 15-25 см

0,025

Одиночное мощение на щебне с подборой лица и грубым приколом из камней размером 20-25 см

0,025

Двойное мощение из рваного камня на щебне, нижний слой из камней 15 см, верхний из камней 20 см

0,025

Облегченный бутовый лоток при h = 85 см с двухрядной укладкой камня на цементном растворе на щебеночной подготовке

0,025

Двойное мощение на щебне в плетнях, нижний слой из камней 15 см , верхний - из камней 20 см

0,032

Железобетонная труба без ступеней

0,015

Каменная труба из бутовой или бутобетонной кладки без ступеней

0,018

Лоток из сборных бетонных плит из бетона М-250, уложенных на щебеночной подготовке, толщиной 10 см

0,016

Лоток из бутовой кладки с грубой поверхностью с применением камня крепких пород (предел прочности не менее 300 кг/см2)

0,020

Рисберма из камня размером 20-30 см

0,025

Лоток из бетона M-150 с грубой бетонировкой дна

0,016

Каналы, чисто высеченные в скале

0,020

Каналы без тщательной обработки поверхности, но с удалением резких выступов

0,025

Каналы, грубо высеченные в скале

0,040-0,045

Двойное мощение на цементном растворе

0,020

Мощение бетонными плитами

0,016

Реки и ручьи в благоприятных условиях (со свободным течением, без засорения и значительных водорослей)

0,025

Каналы и реки в сравнительно плохих условиях (например, местами с водорослями и булыжником или заметно заросшие травой с местными обвалами откосов)

0,030

То же, в весьма плохих условиях (с неправильным профилем, значительно засоренные камнями, водорослями и др.)

0,035

То же, в исключительно плохих условиях (обломки скалы я крупные камни по руслу, густые корни, значительные промоины и обвалы, заросли камыша)

0,040

Примечание. Значения n даны без учета аэрации потока.

2-4. Допускаемые средние скорости течения воды для разных типов укрепления и материалов принимаются по табл. 2-2, составленной на основании "Временных норм допускаемых скоростей течения воды в постоянных железнодорожных гидротехнических сооружениях".

2-5. Расчет неравномерных потоков в призматических и непризматических руслах производят по уравнению проф. В.И. Чарномского

,                                    (2-6)

где hn и vn - глубина и средняя скорость течения в начале n-го участка потока;

hn+1 и vn+1 - то же в конце n-го и в начале n+1-го участков;

ln - длина n-го участка потока, измеряемая по дну;

a = (1,0 - 1,1) - коэффициент неравномерности распределения скорости течения в живом сечении  потока;

 - средний уклон трения на n-ом участке потока;

; ,                                             (2-7)

Величины v, С и R - те же, что и в формуле Шези (2-1), но их значения отнесены к началу n-го и n+1-го участков потока.

Уравнение проф. В.И. Чарномского (2-6) неприменимо для участков, в пределах которых поток из бурного состояния переходит в спокойное посредством гидравлического прыжка.

В призматических бетонных и железобетонных руслах прямоугольного поперечного сечения при нормальной шероховатости лотка глубину в любом сечении быстротока можно определять способом Н.Н. Павловского [3] без разбивки на участки вдоль потока.

2-6. При неодинаковых уклонах дна по длине быстротока каждый из участков рассчитывают самостоятельно. За начальное сечение последующего участка принимается конечное сечение предыдущего.

2-7. На всем протяжении быстротока надлежит обеспечивать бурный режим потока, характеризующийся тем, что в каждом его сечении глубина h меньше критической глубины hк, Критическую глубину hк потока с прямоугольным поперечным сечением определяют по формуле

.                                                                          (2-8)

При расчете потока, имеющего непрямоугольную форму живого сечения, критическую глубину определяют подбором из уравнения

.                                                                            (2-9)

2-8. Критический уклон iк потока с живым сечением любой формы в призматическом русле определяют по формуле

.                                                                          (2-10)

Таблица 2-2

Типы грунтов или укреплений

Размер, см

Средние глубины потока, м

0,4

1,0

2,0

1

2

3

4

5

Песок средний

0,025-0,1

0,35-0,50

0,45-0 ,60

0,55-0,70

Гравий средний

0,5-1,0

0,80-0,90

0,85-1,05

1,00-1,15

Галька мелкая

1,5-2,5

1,10-1,25

1,20-1,45

1,35-1,65

Галька крупная

4,0-7,5

1,50-2,00

1,85-2,40

2,10-2,75

булыжник мелкий

7,5-10 ,0

2,00-2,45

2,40-2,80

2,75-3,20

Булыжник средний

10,0 -15,0

2,45-3,00

2,80-3,35

3,20-3,75

Булыжник крупный

15,0 -20,0

3,00-3,50

3,35-3,80

3,75-4,30

Глины и тяжелые суглинки среднеплотные

объемный вес скелета грунта 1,20 - 1,66 т/м3

0,70

0,85

0,95

Суглинки тощие, средне плотные

то же

0,65

0,80

0,90

Конгломерат, мергель, сланцы

-

2,00

2,5 .

3,0

Известняки

-

3,0

3,5

4,0

Песчаники и плотные известняки

-

4,0

5,0

6,0

Граниты и прочие твердые породы

-

15,0

18,0

20,0

Одерновка плашмя

-

0,9

1,2

1,3

Одерновка в стенку

-

1,5

1,8

2,0

Одиночное мощение на мху из камня

15

2,0

2,5

3,0

 

20

2,5

3,0

3,5

 

25

3,0

3,5

4,0

Одиночное мощение на щебне размером камня

15

2,5

3,0

3,5

 

20

3,0

3 5

4,0

 

25

3,5

4,0

4,5

 

20

3,5

4,5

5,0

Одиночное мощение с подбором лица и грубым приколом на щебне камня

25

4,0

4,5

5,5

 

30

4,0

5,0

6,0

Двойное мощение из рваного камня на щебне

15-20

3,5

4,5

5,0

Бутовая кладка из камня известковых пород

-

3,0

3,5

4,0

Бутовая кладка из камня крепких пород

-

6,5

8,0

10,0

Бетон как одежда

 

 

 

 

марки 110

-

5,0

6,0

7,0

марки 140

-

6,0

7,0

8,0

марки 170

-

6,5

8,0

9,0

Двойное мощение на цементом растворе

15-20

6,0

-

-

Мощение бетонными плитами

50x50x12

6,0

-

-

Бетонные лотки о гладкой поверхностью. Бетон марки 170

-

13,0

16,0

19,0

Бетон марки 140

-

12,0

14,0

16,0

Бетон марки 110

-

10,0

12,0

13,0

Примечание. При проверке на наибольший расход Qmax пускаемые скорости повышаются на 35%.

3. СОПРЯЖЕНИЕ БЫСТРОТОКА С ТРУБОЙ

3-1. Протекание через сужение первоначально бурного потока может происходить по одной из схем:

1) с образованием перед трубой гидравлического прыжка;

2) с сохранением бурного состояния потока.

Осуществление первого или второго режима течения зависит от сочетания гидравлических характеристик потока перед сужением и геометрических характеристик сужения.

При образовании перед трубой гидравлического прыжка втекание в трубу происходит так же, как в равнинных условиях. При этом остаются справедливыми графики зависимости расхода от напора, приведенные в типовых проектах равнинных труб [1].

При сохранении бурного состояния потока (рис. 3-1) в начале сужения возникают стоячие косые волны (прыжки). Поперечный профиль потока становится вогнутым: глубина с боков оказывается значительно больше, чем в середине. Косые волны образуют с осью сооружения угол b, зависящий от гидравлических характеристик потока, геометрической формы и пряно связанный с углом сужения a0. В начале трубы, несколько ниже того сечения, где сходятся косые прыжки, поток имеет наибольшую глубину. Здесь струи частично соударяются, частично же пролетают к противоположной стенке трубы. При этом поток захватывает воздух (аэрируется). Максимальная глубина получается там, где струи встречают стенку трубы. Эта глубина может равняться наибольшей глубине на оси или даже превышать ее.

Непосредственно за входом в трубу боковые струи отрываются от стенок, и здесь образуются воздушные пазухи.

Рис. 3-1. Течение воды на переходе от прямоугольного быстротока к прямоугольной трубе меньшей ширины

На расстоянии 5-6 отверстий от входа в трубу глубины по поперечному сечению в значительной степени выравниваются и ниже поперечная неравномерность становится практически пренебрежимой. На этом же участке поток постепенно освобождается от воздуха, захваченного в зоне соударения струй (дезаэрируется).

3-2.Сопряжение быстротока с прямоугольной трубой меньшей ширины осуществляется отвесными прямыми в плане боковыми стенами, образующими с осью сооружения угол a0 (рис. 3-2 и 3-3).

Рис. 3-2. Сопряжение прямоугольного быстротока с прямоугольной трубой

Рис. 3-3. Сопряжение трапецеидального быстротока с прямоугольной трубой

Портальные и воротниковые оголовки для косогорных сооружений недопустимы.

При расчетном расходе (табл. 3-1) угол сужения a0 принимают равным 15° или в крайнем случае 20°.

3-3. Расход, который может быть пропущен косогорной трубой нормированного просвета над поверхностью воды, согласно § 29 СН 200-62, отличается от расчетного расхода равнинных труб.

При высокой кинетичности потока и больших углах сужения на входном участке трубы получается высокий взлет струй. Необходимый зазор между уровнем воды и верхом трубы не обеспечивается. Поэтому требуется уменьшать расход против соответствующего расхода равнинных труб. При сравнительно низкой кинетичности потока и небольших углах сужения взлет струй на входном участке меньше. В этих случаях косогорные трубы имеют запас пропускной способности по сравнению с равнинными.

Расход, который протекает c сохранением в трубе над наиболее высоко взлетающими струями просвета, предусмотренного § 29 СН-200-62 , назван здесь допустимым расходом. При этом скорость потока в трубе не учитывается.

3-4. Значения допустимых расходов, установленные лабораторными опытами ЦНИИС, приведены в табл. 3-1 и 3-3 в зависимости от угла сужения a0 и кинетичности потока перед сужением;  кинетичность потока характеризуется числом Фруда (2-5).

В таблицах даны значения переходного коэффициента , то есть отношения допустимого расхода к расчетному в равнинных условиях. В табл. 3-1 приведены допустимые расходы, а в табл. 3-2 переходные коэффициенты , для прямоугольных труб с прямоугольным быстротоком шириной, вдвое большей отверстия трубы (см. рис. 2-2, 3-2). Табл. 3-3 составлена для прямоугольной трубы отверстием 1,5 м с трапецеидальным быстротоком, шириной по дну вдвое большей отверстия трубы (см. рис. 3-3). Для отверстий труб, не входящих в таблицы, допустимый расход определяется умножением расчетного расхода на коэффициент К, взятый из таблиц для геометрически подобных условий, то есть

Qдоп = K×Qp                                                                            (3-2)

Расчетным здесь назван тот расход, который труба пропускает в равнинных условиях при безнапорной режиме с наибольшим заполнением, разрешаемым § 29 СН 200-62, при выполнении входов по типовым проектам [1]. Значения расчетных расходов, м3/сек, даны в табл. 3-4.

Таблица 3-1

Число Фруда перед сужением

Угол сужения, град

5

10

15

20

30

отверстие трубы, м

1,5

2,0

2,5

1,5

2,0

2,5

1,5

2,0

2,5

1,5

2,0

2,5

1,5

2,0

2,5

Нормальное входное звено

8

19,0

22,4

25,7

9,4

13,45

17,5

9,4

13,4

17,5

9,4

12,6

15,8

7,9

10,6

13,2

10

18,8

22,2

25,6

9,4

13,35

17,3

9,4

13,4

17,3

9,4

12,6

15,8

7,8

10,4

12,9

12

18,6

22,0

25,4

9,4

13,20

'>

Документ сокращен, так как он очень большой. Для просмотра полной версии этого документа пройдите по ссылке Бесплатный заказ нужного документа

 
< Пред.   След. >
Полезное: