2 Построение поперечных профилей земляного полотна

2.1 Расчет глубины водоотводных канав

Размеры поперечного сечения канавы устанавливают с расчетом пропуска максимального расчетного расхода воды. Наименьшую глубину канав определяют получаемой расчетной величиной с прибавлением 0,2 м для возвышения бровки канавы над расчетным уровнем воды. Глубина канавы и ее ширина по дну должны быть не менее 0,6 м. Крутизна продольного уклона канавы i должен быть не менее 0,002. Откосы канавы в глинистых грунтах, суглинках, супесях и песках крупных и средней крупности делают крутизной 1:1,5.

Фактический расход м³/с, в канаве определяется по формуле

Q = ω · υ , (2.1)

где ω – площадь «живого сечения» (занятого водой) канавы, м³

υ – средняя скорость протекания воды, м/с

Площадь живого сечения канавы определяется по формуле

ω = α · h + m · h² (2.2)

где α – ширина для канавы, м;

h – глубина воды в канаве, м;

m – коэффициент крутизны (заложения откоса);

Смоченный периметр канавы, м

p = α+2b = α+2b²) (2.3)

Гидравлический радиус, м, определяют по формуле

R = (2.4)

Скорость течения воды в канаве, м/с

υ = С (2.5)

где С – коэффициент, зависящий от шероховатости дня канавы и гидравлического радиуса определяется по таблице 2.1

i – уклон для канавы

Талица 2.1 - Значения коэффициента С в зависимости от гидравлического радиуса R

Род русла канавы	Гидравлический радиус
	R = 0,05	R = 0,1	R = 0,20	R = 0,30	R = 0,40	R = 0,50	R = 1,00
Мощение булыжником, бутовая грубая клака, хорошо уплотненные стенки в грунте	23,1	27,3	32,2	35,3	37,8	39,7	46,0

В курсовой работе необходимо определить расчетную глубину канавы, продольный уклон дна канавы и выбрать при необходимости способ укрепления дна и откосов канавы. Тип грунта канавы в курсовой работе песок мелкий.

Данная задача решается методом подбора. В начале задают глубину канавы h и уклон дна канавы i, определяют площадь «живого сечения» канавы ω, вычисляют смоченный периметр p и подсчитывают гидравлический радиус R. Затем вычисляют расчетный расход воды Q и сравнивается с заданный расходом Q_зад. Если разница между этими значениями не превышает 5%, то глубина канавы и продольный уклон выбраны удачно. Если Q> Q_зад, то необходимо уменьшить размеры канавы, если Q< Q_зад, то необходимо увеличить размеры канавы и провести расчет вновь.

Полученную скорость движения воды необходимо сравнить с допускаемой скоростью для заданного грунта канавы по таблице 2.2. В случае превышения расчетной скорости движения потока с допускаемой скоростью необходимо выбрать меры по укреплению откосов.

Таблица 2.2 – Средние скорости течения воды м/с, в зависимости от средней глубины воды в канаве

Грунты канав. Тип укрепления для искуссвенных сооружений		Глубина воды в канаве
		h= 0,4 м		h= 1,0 м		h= 2,0 м		h= 3,0 м и более
Грунты канав
Песок мелкий	0,2-0,35		0,3-0,45		0,4-0,55		0,4-0,6
Гравий мелкий	0,65-0,8		0,75-0,85		0,8-1,00		0,9-1.1
Искусственные сооружения
Одерновка плашмя	0,9		1,2		1,3		1,4
Одерновка «в стенку»	1,5		1,8		2,0		2,2
Наброска из камня рамерами 15-20 см	3,0-3,5		3,35-3,8		3,75-4,3		4,1-4,65
Наброска из камня рамерами 20-30 см	3,5-3,85		3,8-4,35		4,3-4,7		4,65-4,9

Продолжение таблицы 2.2

Одиночное мощение на слое щебня не менее 10 см при размерах камня 15-25 см	2,5-3,5	3,0-4,0	3,5-4,5	4,0-5,0
Бетонные лотки с гладкой поверхностью	10,0-13,0	12,0-16,0	13,0-19,0	15,0-20,0
Бетонные откосные плиты	5,0-6,5	6,0-8,0	7,9-10,0	7,5-12,0
Гладкие деревянные лотки при течении воды вдоль волокон	8,0	10,0	12,0	14,0

Грунт – мелкий песок, заданный расход воды Q =3,77м³/с. Примем глубину канавы

h = 1,2 м, ширину канавы по низу а = 0,6м и уклон дна i = 0,002, m =1,5.

Площадь «живого сечения» канавы составит: ω= 0,6 · 1,2 +1,5 · 1,2² = 2,88м²

Смоченный периметр этого сечения p = 0,6 + 2 · 1,2 = 4,92м

Гидравлический радиус R = = 0,52м

По таблице 2.1. определяем коэффициент С методом интерполяции для значения R=0,52м коэффициент С принимает значение 39,8.

Скорость течения воды в канаве υ = 39,8 = 1,34м/с

Расчетный расход воды Q = 2,88 · 1,34 = 3,75 м³/с

Расхождение расчетного расхода воды Q с заданным является допустимым.

По таблице 2.2. находим, что допустимая скорость при глубине канавы 1,2м не превышает 0,6м/с, что меньше расчетной скорости. Поэтому необходимо предусмотреть укрепление откосов. Согласно таблице 2.2. канаву можно укрепить бетонными плитами или укрепить дно канавы щебнем, а откосы – одерновкой.