4 штучні споруди

4. Штучні споруди

Штучні споруди призначені для перепустку води через дорогу, підходами до штучної споруди можуть бути, як правило, грунтові насипи, укоси яких періодично підтоплює вода. Саме штучні споруди і підходи до них забезпечують безперервний рух транспортних потоків автомобільною дорогою на ділянках переходів через водотоки. Регуляційні й захисні споруди призначені для захисту водопропускних споруд і підходів до них від можливих пошкоджень водним потоком. Функція регуляційних і захисних спору є допоміжною, але вони забезпечують надійне функціонування основних споруд переходу, а вартість їх є дуже високою. Одже, усі складові частини переходу через водостоки потребують однаково відповідального ставлення до їхнього проектування, будівництва й експлуатації

До штучних споруд, що їх застосовують для переходів через водостоки, належать мости, тунелі, пороми, труби, фільтрувальні дамби. Найбільшого поширення набули переходи з використання мостів – мостові переходи.

При перетині великих водних перепон доцільним може виявитись спорудження тунелю. Прикладом переходу через водну перепону із застосуванням тунелю є перехід через протоку Ла-Манш. Спорудження підводних тунелів у містах може бути зумовлене вимогами захисту навколишнього середовища, зокрема вимогами збереження природного та історичного ландшафту.

Для переходу через постійно діючі водостоки на автомобільних дорогах. переважно місцевого значення, іноді споруджують поромні переправи. Пором – це плаваючий транспортний засіб, призначений для перевезення через водну перешкоду наземних транспортних засобів, пасажирів, худоби. Найчастіше пороми на автомобільних дорогах – споруди тимчасові, такі, що функціонують до спорудження постійного моста. Разом з тим для перевезення автомобілів, залізничних вагонів тощо через морські затоки і протоки використовують обладнанні найсучаснішою технікою постійно діючі морські пороми. Доцільність влаштування поромної переправи має бути обґрунтованою техніко-економічним розрахунком. При високій інтенсивності руху втрати часу на очікування порому транспортними засобами зростають настільки, що поромна переправа стає економічно не доцільною.

На дорогах місцевого значення в окремих випадках при переходах через малі водотоки або суходоли з періодично діючими водотоками можливе спорудження фільтрувальних дамб.

Штучними спорудами є труби і мости. Існують бетонні, залізобетонні, металеві. По формі труби можуть бути: круглі й прямокутні. Елементами труби є : ланки труби, оголовки, портальні стінки, гідроізоляція, фундамент під тіло труби.

4.1.Вихідні дані для розрахунку створу труб та малих мостів.

1. Площа водовідвідного басейну

територія по якій збирається вода до штучної споруди

F = F1+F2+…+Fn

де F1,F2,Fn- частина від площі (площа трикутника, прямокутника, і т.д.)

І басейн

F₁ = 2950000+233750+332500+53125+190625+344375=4,1 км²

ІІ басейн

F₂ = 75000+437500+391875+28125+25000=0,96 км²

ІІІ басейн

F₃ = 12500+52500+180625+787500+166250=1,2 км²

ІV басейн

F₄ = 120000+521563+55000+26250+22500+45000=0,79 км²

VV басейн

F₅ = 1312500+1785000+82500+188750+202500+210000+332500=4,11 км²

VІ басейн

F₆ = 393750+231563+3053125+336875+65000+150000+73750=4,3 км²

2. Довжина головного логу - це найкоротша лінія, відстань по якій буде протікати вода до штучної споруди

Lл = ℓ1 + ℓ2 + ... + ℓn (м)

де ℓ1, ℓn –частина від лінії головного логу

І басейн

Lл = ℓ1 + ℓ2=1500+1900=3400 м

ІІ басейн

Lл = ℓ1 + ℓ2=1075 м

ІІІ басейн

Lл = ℓ1=1325 м

ІV басейн

Lл = ℓ1=700 м

V басейн

Lл = ℓ1 + ℓ2=2820 м

VІ басейн

Lл = ℓ1 + ℓ2=2825 м

3. Середній ухил головного логу

ί ‰

де:

Н₃ - відмітка вищої точки логу (на карті);

Н₀ - відмітка штучної споруди (нижчої точки логу)

І басейн

ί = (378-312,5)/3400=19‰

ІІ басейн

ί =(350-310,63)/1075=37‰

ІІІ басейн

ί =(336-300)/1325=27‰

ІV басейн

ί =(325-298,75)/700=38‰

V басейн

ί =(330-278,7)/2820 =18‰

VІ басейн

ί =(337-277,78)/2825 =21‰

4. Ухил логу біля споруди

ί ‰

де:

Н_в - верхня відмітка біля логу (50м)

Н_н - нижня відмітка біля логу (50м)

І басейн

ί =(312,5-311,7)/100=8‰

II басейн

ί =(311,5-309,29)/100=22‰

ІІІ басейн

ί =(301,43-300)/100=14‰

V басейн

ί =(300-297,86)/100=21‰

ІV басейн

ί =(278,7-278)/100=7‰

VІ басейн

ί =(278,24-277)/100=12‰

5. Середні ухили схилів

ί, ‰

ί, ‰

де Н₁, Н₂ – відмітки з карти, по басейну

Н₀ – відмітка з профіля

λ₁,λ₂ – довжина логу біля споруди

І басейн

1. ί =(175.75-173.6)/260=0.008=8‰

2. ί=(185-173.6)/340=0.019=19‰

ІІ басейн

1. ί=(195-169.37)/1100=0.023=23‰

2. ί=(182.5-169.37)/350=0.038=38‰

ІІІ басейн

1. ί=(177.5-173.8)/210=0.018=18‰

2. ί=(180-173.8)/210=0.03=30‰

6. Глибина логу біля споруди

hл = Н₁ – Н₀

hл = Н₂- Н₀

Якщо Н2 буде меньше Н1, то hл = Н2 - Н0.

де - Н₁, Н₂ ,Н₀ - відмітки з профіля

І басейн

hл = 179,70-173,60=6,1м

ІІ басейн

hл = 177,03-169,37=7,66м

ІІІ басейн

hл = 177,14-173,80=3,4м

7. Витрата води

Цей показник показує кількість перепускної води в м³/с.

Витрата води розраховується в двох випадках, від злив та сніготанення. При точці басейну меньше 100км² витрата від зливової води визначається по імперичній формулі (шляхом багаторічних спостережень і побудові номограм).

Qзливове = 16.7КtFαφaч

де 16.7 - перевідний коефіцієнт

Кt - коефіцієнт переходу від часової інтенсивності до розрахункової (таб.3.3)

F - площа водозбірного басейну

α - коефіцієнт витрат стоку води (таб.3.4)

φ - коефіцієнт редукції стоку води (таб.3.5)

aч - коефіцієнт інтенсивності зливи часової тривалості виник із таблиці 3.2 в залежності від номера зливового району (рис. 3.6), а також вірогідності повторення паводку (табл. 3.1).

Вірогідність паводку

1% - один раз в 100р.;

2% - один раз в 50р.;

3% - один раз в 33р.

І басейн

Qзл = 16.7КtFαφaч

Кt = 2,97

F = 0,36 км²

α = 0.45

φ = 0,71

aч = 0.97

Qзл = 16.7·2,97·0,36·0,45·0,71·0,97 =5,53 м³/с.

ІІ басейн

Qзл = 16.7КtFαφaч

Кt = 4,50

F = 0.81 км²

α = 0.45

φ = 0.59

aч = 0.97

Qзл = 16.7·4,50·0,45·0.97·0.81·0.59 = 15,68 м³/с

ІІІ басейн

Qзл = 16.7КtFαφaч

Кt = 5,24

F = 0,12 км²

α = 0,45

φ = 1,00

aч = 0.97

Qзл = 16.7·5,24·0,45·0,12·1,00·0.97 = 4,58 м³/с.

8.Вирата талих вод

Qснігове δ1 · δ2; м³/с.

δ₁ ,δ₂ – беремо 1

К₀ - табл.3.6

hp – рис..3.9(спочатку треба визначити С_V, при площі водозбору до 50 км² з поправкою 1,25; )

hp = 50, S = 10км², якщо ні необхідно поправки

n = 0.25 – табл. 3.6

І басейн

Qснδ1 · δ2

δ = 1

К₀= 0.02

hp = 10·1.25·0.9·4,75 = 53,44мм

F = 0,36 км²

n = 0.25

Qсн =(0,02·53·0,36)/(0,36+1)^0,25·1·1=0,35 м³/с.

ІІ басейн

Qснδ1 · δ2

δ = 1

К₀ = 0.02

hp = 10·1.25·0.9·4,75 = 53,44мм

F = 0.81 км²

n = 0.25

Qсн =(0,02*53*0,81)/(0,81+1) ^0,25*1*1=0,74 м³/с.

ІІІ басейн

Qснδ1 · δ2

δ = 1

К₀ = 0.02

hp =10·1.25·0.9·4,75 = 53,44мм

F = 0,12 км²

n = 0.25

Qсн =(0,74*53*0,12)/(0,12+1) ^0,25*1*1=0,13

9.Загальний об’єм стоку зливових вод

W _ЗЛ = 60000 (α _Ч Fα φ )/√ K _{t ,} м³

І басейн

W = 60000 (0.97*0.36*0.45*0.71)/ √ 2.97=3837 м³

ІІ басейн

W = 60000 (0.97*0.81*0.45*0.59)/ √ 4.50=5900 м³

ІІІ басейн

W = 60000 (0.97*0.12*0.45*1)/ √ 5.24=1372 м³

4.2 Проектування водовідвідних труб

Підбір отвору труби робиться з виідних даних Q _P, h _л по табл. 3.9 і 3.10

h _л =H₂ – H0; h _л =H₁ – H0

Треба порівнювати h _л і H при цьому треба, щоб h _л було більше Н. Якщо навпаки, то встановлюють двох або трьох-очкові труби. Тобто знаходять по формулах : Q _P /2; Q _P /3 і підбирають по тим же таблицям.

1. Дані з таблиць: Q _P , м³/с;d , м;Н ,м

2. Мінімалбна висота насипу

Н _MIN =d + δ + ∆

d- діаметр труби

δ- товщина стінки труби (табл. 3.11, 3.12)

∆- товщина дорожнього одягу. Для 1V к.д. ∆=0,5м

Для безнапорного режиму. Режим ІІІ к.д. ∆=0,6м

визначається по табл. 3.9 ІІ к.д. ∆=0,7м

3. Проектна відмітка над трубою визначається по формулі

H _пр= Н _MIN + Н , м

де Н- відмітка землі з профілю

4. Визначення довжини труби

L _ТР=[B+2m(Н _MIN – d- δ)](1/sinα)

де В-ширина проїзної частини

m-крутизна схилу

α = 90˚

5. Визначення повної довжини труби

L_пов.тр= L _ТР+2M

M-довжина оголовка (табл. 3.12)

6. Укріплення русла ділянки біля труби

V_ВИХ =0,85√gh

де g = 9,81

Н – глибина води перед трубою, табл. 3.9

7. При розтіканні за трубою

V=1,5 V_ВИХ

І басейн

Q _P =5.53 м³/с , h _л =6.1м

1. Q _P =6,00 м³/с

d = 2.00 м

Н = 1,73м

2. Н _MIN =2+0,16+0,7=2,23м

3. H _пр= 2,23+173,6 = 175,83м

4. L _ТР=[14.5+2*1.5(2.23-2.00-0.16)]1/1=15м

5. L_пов.тр=15+2*3,66=22,32м

6. V_ВИХ =0,85√9,81*1,73=3,5м/с

7. V=1,5*3,5=5,25м/с

ІІ басейн

Q _P =15,68 м³/с , h _л =7,66м

1. Q _P =16,00 м³/с

d=2,00м

Н=3,11м

2. Н _MIN =3,11+0,7=3,81м

3. H _пр=3,81+169,37=173,18м

4. L _ТР=[14,5+2*1,5(3,81-2-0,16)]1=19.45м

5. L_пов.тр=19+2*3,66=26,32м

6. V_ВИХ =0,85√9,81*3,11= 4,69 м/с

7. V=1,5*4,69= 7,04м/с

ІІІ басейн

Q _P =4,58м³/с , h _л =3,34м

1. Q _P =5,00м³/с

2. Н _MIN =2+0,16+0,7=2,86м

3. H _пр=2,86+173,8=176,66м

4. L _ТР=[14,5+2*1,5(2,86-2-0,16)]1=17м

5. L_пов.тр=17+2*3,66=24,32м

6. V_ВИХ =0,85√9,81*1,55=3,31м/с

7. V=1,5*3,31=4,97м/с