12. Коэффициент потери стока ав зависимости от площади ивида грунтов на поверхности водосборного бассейна

Площадь поверхности, км¹

10-100

0...1

1...10

Вид поверхности

Асфальт, бетон, скала без трещин 1,0 1,0 1,0

Жирная шина, такыры 0,7...0,95 0,65...0,95 0,65-0,9

Суглинки, подзолистые, тундровые 0,6—0,9 0,55...0,8 0,5...0,75 и болотные почвы

Чернозем, каштановые почвы, 0,55.-0,75 0,45—0,7 0,35.-0,65 лес, карбонатные почвы

Супеси, степные почвы 0,3-0,55 0,2-0,5 0,2.-0,45

Песчаные, гравелистые, рыхлые 0,2 0,15 0,10 каменистые почвы

13. Значение коэффициента редукции V?

F, км^1	' * (	F, км^1		F, км^1	ч>
0,1	1,00	1,5	0,51 '	14	0,29
0,2	0,84	2,0	0,47	16	0,28
0,3	0,76	2,5	0,45	20	0,27
0,4	0,71	3,0	0,43	25	0,25
-0,5	0,67	4,0	0,40	30	0,24
0,6	0,64	5,0	0,38	40	0,22
0,7	0,61	6,0	0,36 ■	50	0,21
0,8	0,59	8,0	0,33	60	0,20
0,9	0,58	10,0 !	0,32	80	0,19
1,0	0,56	12,0	0,30	100	0,18
Пример.Определить максимальный расход и объем стока лив

Невых вод Q_n (см. рис. 9): а) для моста на Я/Г-33+80 через р. Белая; б) для трубы на ПК-25+60 через линию водослив-лощина;

1: Устанавливаем исходные данные для определения Q_n на ЯЯ"-33+80 для моста:

для малых мостов* и труб на дорогах IV, IV-п, V категорий и внут­рихозяйственных дорогах за расчетный принимают расход вероят­ностью превышения 3%;

площадь водосборного бассейна F =4,51 км²находим по топогра­фической карте; очерчиваем контуры площади по водораздельным линиям и Проектируемой дороге;

227,8-188,60 3560

'coop

длина главного лога, измеренная по карте, получилась L_n == 3560 м; средний уклон лога (г_и) вычисляем как отношение разности мак­симальной и минимальной отметок лога к его длине; в данном примере

= 0,011, или 11 7оо ;

уклон лога у сооружения (/_С00р), необходимый для выявления бытовых условий водотока, определяем на участке 300 м в точках на 200 м выше и 100 м ниже сооружения, т. е. соответственно в точ­ках 189,20 и 188,30. В результате

_ 189,20- 188,30 __ЛЛП- „ ™ ~ 0,003, или 3 /оо ;

300

по карте-схеме ливневого районирования (см. рис. 8) устанавли­ваем, что район проложения трассы {Курская область) принадлежит к шестому ливневому району. Для него по таблице 10 находим интен­сивность ливня продолжительностью в 1 ч (при ВП =3 %), а_ч = =0,81 мм/мин;

по таблице 11 определяем коэффициент перехода от интенсивности ливня часовой продолжительности к интенсивности ливня расчетной продолжительности K_t. При длине лога £_л= 3,56 км и уклоне i„ = = ИK_t = 1,09.

Из таблицы 12 берем коэффициент потерь стока а. Для площади 1... 10 км¹с суглинистым! грунтами а = 0,70;

по таблице 13 вычисляем коэффициент редукции <р.Для площади водосбора 4,51 км²у = 0,41.

Таким образом, максимальный расход ливневых вод для моста на ПК-33+&0

Qn =16,7 • 0,81 • 1,09 • 4JSI ■ 0,70 • 0,41 =19,1 м³/с. Объем стока для расчета отверстия малого моста

W = 6000^4^.0,7-0,4!_{=бо225 м3} -ГШ

2. Аналогичным путем устанавливаем исходные данные для опре­деления Q_n наПК-25+60 для трубы:

при ВП= 3% в шестом ливневом районе а_ч= 0,81 мм/мин (см. табл. 10);

при длине лога L_n = 1,23 км и уклоне i_n =24 °/„₀(/_л- (222,5 - - 192,4) /1230) =0,024); K_t =2,38 (см. табл. 11);

при площади водосборного бассейна F=0,59 км¹(т. е. менее 1км¹) и суглинистых грунтах а =0,75 (см. табл. 12); при F- 0,59 км¹ <р -0,64(см. табл. 13).

Таким образом, максимальный расход ливневых вод для трубы на ЯК"-25+60

Q_n =J6,7 - 0,81 • 238 • 0,59 • 0,75 • 0,64 = 9,12 м³/с. Объем стока для расчета отверстия трубы

W = 60000 . 8922 м³.

-/гм

2. Максимальный расход от стока талых вод рассчитьтают по фор- муле, предложенной Государственным гидрологическим институтом (преобразованной формуле Д.Л. Соколовского),

(F+1)"

где К_а т- коэффициент дружности половодья (табл. 14); F — площадь водосбор­ного бассейна, км¹; А_р - расчетный слой суммарного стока h_p= hK_p мм; h - средний многолетний спой стока, мм (см. рис. б).

Значения h по карте соответствуют водосборным бассейнам с F > 100 км¹. Для. малых бассейнов вводят поправочные коэффициенты к_м: 1,1 - при холмис­том рельефе и глинистых грунтах; 0,9 - при равнинном рельефе и песчаных поч­вах; 0,5 — при особо больших потерях стока (сосновые леса на песках)

h =hk_M;

К_р— модульный коэффициент, зависящий от трех параметров (рис. 14); ВП, С_{)/,и Сф- ВП- вероятность превышения паводка, %\ Сц/, - коэффициент ва­риации. К значениямC_uh, полученным по карте (см. рис. 7), необходимо вводите поправочные коэффициенты: 1,25 - при F = (0...50) км^г; 1,20 - при F =(51... 100) км²; Сф —коэффициент асимметрии, который принимают для равнинных водосборов 2C(j,; для водосборов, расположенных на северо-западе и северо- востоке страны, Сф= 3, а для горных районов Сф -(3—4) С; 8,- коэффи­циент, учитывающий снижение расхода, при наличии на площади бассейна озер более 2 % принимают равным:

2...5 0,90

5-.10 0,80

10.. .15 0,75

> 15 0,70

Озерность, % S,

⁶i - коэффициент, уптывающий эалесеиность и заболоченность площади водо­сборного бассейна (табл. 15). Для малых бассейнов6, =1,так как болота могут быть осушены, а лес вырублен; п - показатель степени (см. табл. 14).

К_а

0,010...0,00б 0,103...0,010

14. Значения коэффициента дружности половодья К_йи показателя степениft

Зона, район

Лесотундровая зона

Европейская территория СССР 0,17 и Восточная Сибирь

2а =e„(i-wnp/o,7H0; 52

^пр =[0"i + m2)/6in] Я*р, (2) 52

2,0 57

В = Сс/135Я3^2. (6) 65

Я = (&/U5Я)2/3. . С7) 67

/in !!!!!! , / ill> г a 78

Зона засушливых степей и полупустыни

Западный и Центральный Казахстан

Горные районы

Урал

Карпаты

Алтай

Камчатка

Сахалин

0,35 0,060—0,040

0,15 0,025-0,018 0,15 0,0045

0,15 0,0025-0,0015 0,15 0,0010

0,15 0,0014-0,0020

Примечание:F_n иF₆ - соответственно площади, занятые лесами и болотами.

Пример.Определим максимальный расход талых вод для моста на ПК-33+80через р. Белая в Курской области при следующих исход­ных данных:

К» =0,02; п =0,25; F = 4,51 км²; 6] =5₂=1 (при отсутствии_озер- ности, залесенности и заболоченности бассейна водосбора); й_р=й/Г_р= = 88 • 2,1 = 185 мм; при h = 80 мм (см. рис. 6) к_м=1,1 (при холмис­том рельефе и глинистых почвах), т. е.

h= hk_M =80 • 1,1 =88 мм;

C_vft =0,4, при малых бассейнах (0...50 км²) - значение, найденное по карте, надо умножить на коэффициент 1,25. Тогда C_vf, -0,4 • 1,25 = = 0,5. В соответствии с этим значением для ВП= 3% и C_s/, - 2C_vf, (при

		P=0.J% j
	^Csh^2Cvb
		//0,5/
		'//v

0.5

10

Рис. 14. Кривыемодульных коэффициентов слоев стока А"_р 44

h

9,0

8.0 го 6,0 5,0 W 3.0 2,0 1.0

^Jvh

равнинных водосборах) по графику кривых модульных коэффициен­тов слоев стока (рис. 14) получимКр =2,1.

При указанных исходных данных максимальный расход талых вод для моста на ПК-33+80 будет

185-0,02.4,51 От= — = 10,89 м³/с.

(4,51 + 1)^0,25

Аналогичным путем по формуле определяем максимальный рас­ход талых вод для трубы на /Ж-25+60, где все исходные данные оста­ются те же, что и при расходе талых вод для моста, только меняется плошаДьводосборного бассейна (F = 0,59 км²).

Таким образом, максимальный расход талых вод для трубы на Л7С-25+60 будет

₀_ 185 0,02-0,59 __{0Q 3}.Ут - —- = 1,89 м^л/с.

(0,59+I)⁰'²⁵

8. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ОТВЕРСТИЙ ВОДОПРОПУСКНЫХ ТРУБ

Около 90% водопропускных сооружений на автомобильных доро­гах составляют трубы. Трубы имеют большие преимущества по сравне­нию с малыми мостами: устройство их проще, чем строительство мос­тов, стоимость при пропуске одного и того же расчетного расхода во­ды меньпв; устройство трубы в насыпи не нарушает непрерывности земляного полотна, улучшает эксплуатационные качества дороги и безопасность движенияпо ней; эксплуатационные расходы на содер­жание трубы значительно меньше, чем на содержание моста; трубы можно устраивать при любых сочетаниях плана и профиля дороги.

Проектирование водопропускных труб включает следующие этапы: установление исходных данных для определения расхода воды; опреде­ление расхода от ливня и снеготаяния, расчетного расхода; подбор наиболее экономичного отверстия типовой трубы; определение мини­мальной высоты насыпи у трубы, длины трубы при фактической вы­соте насыпи (рабочей отметки на продольном профиле).

После определения расхода воды от ливня и снеготаяния (см. § 7) устанавливают расчетный расход.

Если максимальный расход от талых вод больше максимального расхода от ливневых, т. е. Q_r > Q_n, за расчетный принимают максималь­ный расход от талых вод:Q_p -Q_r. Если максимальный расход от лив­невых вод больше максимального расхода от талыхQ_n >Q_T и образова­ние пруда перед сооружением невозможно, в качестве расчетного берут максимальный расход от ливневых вод Q_p = Q„. Если при Q_n > Q_T образование пруда перед сооружением возможно и целесообразно, за расчетный принимают расход с учетом аккумуляции воды перед со­оружениемQ_p =Q_i (бываетредко).

Расход с учетом аккумуляции

2а =e„(i-w_np/o,7H0;

^пр =[0"i + m₂)/6i_n] Я*_р, (2)

где - объем воды, накопленной в пруде, который зависит от среднего укло­на лога г_л(десятичная дробь), коэффициентов заложения склоновm, = 1 : ит, =1 : /,,а также от глубины пруда перед сооружением Я_пр, которой задаются исходя из возможного затопления (рис. 15);W - объем стока.

Режим протекания воды в трубах бывает безнапорный, полунапор­ный и напорный.

При безнапорном режимепоток имеет свободную поверхность по всей протяженности трубы (рис. 16, в). Между верхом внутренней по­верхности входного отверстия трубы и поверхностью воды зазор для круглых труб не менее¹/4d_Tp; для прямоугольных высотой до 3 м — не менее¹/g А_Тр, т. е. высоты трубы в свету. Глубина воды перед тру­бой Я < 1,2 А_тр(в ысоты или диаметра трубы).

Для полунапорного режима(рис. 16, б)характерно наличие участ­ка трубы на входе, работающего полным сечением (при 1,2 й_тр< Н <<1,4h_Tp), а на остальном протяжении поток имеет свободную поверх­ность. ,

Если большая часть трубы работает полным сечением и лишь на выходе поток имеет свободную поверхность, т. е. при Я > 1,4 А_тр(рис. 16, в), — это напорный режим.

При пропуске расчетных паводков трубы должны работать, как правило, в безнапорном режиме. При напорном и полунапорном режи­мах существует опасность затопления сельскохозяйственных угодий, находящихся перед трубой, заиливания, а иногда и заболачивания с верховой стороны лога, а также сильной фильтрации воды в насыпи. Чтобы избежать этого требуются усиление водонепроницаемости швов между звеньями трубы, устройство фундаментов и обеспечение устой­чивости насыпи от напора воды перед трубой.

Согласно СНиП 2.05.03-84 (п. 1.13 и 1.34) отверстие труб и их высоту в свету следует назначать, м (не менее): 1,0 при длине трубы до 20 м; 1,25 - при 20 м и более.

Отверстия труб на автомобильных дорогах ниже II категории до­пускается принимать равными, м: 1,0 при длине трубы до 30 м; 0,75 — до 15 м; 0,5 — на съездах. На внутрихозяйственных дорогах при длине трубы 10 м и менее допускается принимать отверстие 0,5 м (СНиП 2.05.11-83).

Гидравлический расчет труб выполняют с учетом режима проте­кания в них воды.

При безнапорном режиме (аналогия - водослив с широким поро­гом) 46

	Ч ^S^v"- ■	V
Расстоянии, м	240 | 190
Отметки, м j	Й сз g са гс ^ 55 сч Js 55 о» й;

Рис.15. Схема к определению объема пруда на ПК-25+60

УУл
А	mffWn J? ь

Рве. 16. Схемы режима протекания воды в трубе, а также определения ад ни маль­вой высоты насыпи угрубый длины труба при режиме:

а- безнапорном; б— полунапорном; в— напорном; Я -глубина водыперед трубой; Л_тр- высота трубы; Ад - глубина потока (бытовая); Л - толщина засыпки под трубой у входного оголовка (принимают равной 0,50 м) ; Д' - воз­вышение бровки у входного оголовка вед горизонтом подпертой воды ГПВ (при­нимают равным 1,0 м); I - длина трубы без оголовка; п - тошцша стенки оголов­ка (принимают равной 0,35 м);L_rp — полная длина трубы; М - длина оголовка

Qc "

где Q_c расход воды, проходящей в сооружении; ы_с- площадь сжатого сечения в трубе, вычисляют при птубине й_с= 0,5//; g -ускорение свободного падения(g = 9,81 м/с⁵); Н- напор воды перед трубой; ^ - коэффициент скорости, зависит от формы оголовков (обычно принимают ^ = 0,85, кроме обтекаемого оголовка с коническим эвеном на входе, обеспечивающего протекание по напор- ному режиму).

Для прямоугольных Сечений при w_c =0,56//Qc =P,s v₆y/JbHW, ' ' (3)

или

Q_c =1,35W/³/². (4)

Формулы (3) и (4) могут быть использованы также для расчета отверстий малых мостов.

При полунапорном режиме (аналогия - истечение из-под щита)

й_с=ip_a ew_Ty/2g(H -h_c},

где Л_с** 0,6 Л_т- высота входа в трубу.

При значениях i^n = Фь = 0,85 и коэффициенте сжатия потока е =-0,6

Qc ~0,5gj_t\JlgiH -0,6ft _т).(5)

Полную площадь сечения входа о^ легко вычислить для прямо­угольного и круглого сечений.

При напорном режиме (аналогия — истечение из трубопровода)

Q_c = ■Vto «г.Ь \/^Ат.о) - ^т Ош - ' т ) 1»

где и>_т-0и /г_{т о}- соответственно площадь сечения и высота основного участка трубы; -if>n - коэффициент скорости (для обтекаемого оголовка у>н =0,95); ;_т- уклон трубы; уклон трения; /_т- длина трубы.

Напорный режим и работа трубы полным сечением практически на всем протяжении без подтопления выхода гарантируются при г_х<

При г_т- наступает переход от напорного режима к полунапор­ному. При > г'_шнапорный режим нарушается. Глубина воды перед трубой в этом случае определяется формулой (5).

На основе расчетных формул составляют расчетные таблицы (табл. 16, 17) и графики пропускной способности труб при разных режимах протекания воды (рис. 17).