7. Расчет высоты и длины сооружения

Рассчитываем минимальную высоту моста:

Находим длину моста по формуле:

8. Расчет размывов и укрепления за трубой

Опыт эксплуатации малых искусственных сооружений показывает, что в подавляющем большинстве случаев их повреждения связаны с воздействием потока воды, и размывы обычно начинаются на выходных участках. Скорости на выходе из сооружения достигают 5—6 м/с, в то время как допускаемые скорости для грунтов отводящих русел составляют всего 0,7—1,0 м/с.

Вытекающий поток воды находится чаще всего в бурном состоянии и обладает большой кинетической энергией, которая вызывает размыв русла за сооружением. В большинстве случаев русло нижнего бьефа за водопропускными сооружениями имеет большую ширину, чем ширина отверстия водопропускного сооружения. Характер пространственного движения потока в очень широком нижнем бьефе зависит от глубины воды в нем и параметров потока на выходе из сооружения.

В зависимости от бытовой глубины потока в укрепленном отводящем русле возможны три формы сопряжения потока, выходящего из водопропускного сооружения, с бытовым потоком в широком нижнем бьефе, когда B_русла>8b_соор.

1. Сопряжение по типу затопленной струи. Этот вид сопряжения наблюдается, когда струя, вытекающая из сооружения, будет полностью затоплена. В нижнем бьефе происходит растекание струи в массе воды; при этом наблюдается постепенное уменьшение скоростей течения вдоль потока.

2. Сопряжение по типу сбойного течения. Этот вид сопряжения наблюдается при глубине нижнего бьефа, несколько меньшей глубины, сопряженной с глубиной на выходе из сооружения. Сбойному течению присущи некоторые опасные свойства. Поток, выходящий из сооружения в нижний бьеф, движется сначала без растекания в стороны. С боковых сторон поток граничит с водоворотными зонами, которые могут даже сжимать транзитный поток. При снижении глубины нижнего бьефа до глубины, сопряженной с глубиной на выходе из сооружения, происходит свал потока в одну сторону, и сопряжение бьефов осуществляется в форме пространственного гидравлического прыжка, а динамическая ось потока искривляется. При этом транзитная струя натекает с большой скоростью на боковые стенки отводящего русла. Уменьшение скоростей в транзитной струе и выравнивание их по сечению отводящего русла происходит очень медленно. В результате этого требуется укрепление не только дна, но и стенок отводящего русла на значительном протяжении.

3. Сопряжение по типу свободного растекания бурного потока. Растекание бурного потока в очень широких нижних бьефах характеризуется следующими особенностями. Поток, выходящий из отверстия, попадает в отводящее русло, глубина в котором меньше, чем глубина на выходе из сооружения. Под действием силы тяжести происходит растекание потока в стороны (по направлению к берегам). Это растекание происходит до тех пор, пока глубина бурно растекающегося потока не станет, равна глубине, взаимной с бытовой глубиной. Под взаимными (или сопряженными) имеются в виду глубины, связанные уравнением гидравлического прыжка. В результате этого область растекания бурного потока, сопрягающаяся с бытовым потоком и водными массами нижнего бьефа посредством косых гидравлических прыжков, принимает в плане характерную форму «лепестка».

Растекание бурного потока в узких нижних бьефах характеризуется следующими особенностями. Поток, выходящий из сооружения, растекается в стороны и окаймляется водоворотными зонами. В местах набегания крайних струек потока на боковые стенки отводящего русла, т. е. в сечении полного растекания, происходит внезапное увеличение глубин и образование косых гидравлических прыжков. Эти косые гидравлические прыжки распространяются вниз по течению. Если бытовой поток находится в спокойном состоянии, в отводящем русле наблюдается обычный гидравлический прыжок.

С увеличением бытовой глубины прямой план укрепления русла за гидравлический прыжок придвигается ближе к своему предельному положению в сечении полного растекания. Если глубина нижнего бьефа больше глубины, при которой прямой гидравлический прыжок располагается в сечении полного растекания, то происходит прорыв водных масс в одну из водоворотных зон и переход к сбойному течению.

Для предотвращения размывов выходных участков следует защищать лог на определенной длине. Защита от размыва заключается в правильном выборе типа и размеров укрепления, которое назначают исходя из условия допущения размыва, безопасного для устойчивости, как укрепленного участка русла, так и самого сооружения.

Назначение типа укрепления по скорости на выходе из трубы справедливо только для спокойных потоков (первый тип сопряжения).

При растекании бурных потоков скорости получаются значительно большими, чем выходные; скорость может увеличиться примерно в 1,5 раза.

Выходные участки не укрепляют только в тех редких случаях, когда скорости на выходе из сооружения весьма малы и не могут нарушить устойчивость, как русла, так и самого сооружения.

Опыт проектирования защитных устройств у малых водопропускных сооружений показывает, что нецелесообразно устраивать весьма длинные укрепления отводящих русл, за которыми нет разрыва. Значительно экономичнее устраивать короткие укрепления, заканчиваемые предохранительными (погребенными) откосами, над которыми и располагаются ямы размывов, безопасные для укрепления и сооружения, если низ откоса заложен ниже дна ямы. При выходе воды за трубой устраиваем короткое укрепление, заканчивающаяся погребенным предохранительным откосом, у которого развивается размыв.

Расчет укрепления на пикете 4+00:

d = 1 м; Q = 3,662 м³/с; H = 0,88 м; υ_вых = 3,5 м/с; υ_max = 7 м/с.

Длина укрепления: гдеd – диаметр трубы;