5. Гідравлічний розрахунок водо перепускних споруд

Гідравлічні розрахунки, які виконують при визначенні роз­мірів великих мостів і малих водоперепускних споруд, значно відрізняються: для малих мостів і труб обмежуються, в основ­ному, розрахунком протікання водного потоку з розрахунко­вою витратою води, визначеною згідно з нормами стоку від зливи та сніготанення; для великих мостів враховують рух як потоку води, так і потоку наносів у руслі з метою визначення можливого пониження дна ріки під мостом.

Малі водоперепускні споруди відрізняються від великих мостів і за способом гідравлічних розрахунків при проекту­ванні. Для розрахунку припливу води до малих мостів і труб використовують теоретично-емпіричні норми стоку, які дають можливість визначати водоперепускну спроможність споруди з незначною похибкою. Прийняття такого способу розрахун­ку пояснюється відсутністю даних безпосередніх спостере­жень за стоком на малих водозаборах, де будують малі мости і труби.

Максимальну витрату води від зливового стоку для малих мостів і труб визначають за формулою

де — середня інтенсивність зливи тривалістю 1 год, мм/хв, яка залежить від зливового району та ймовірності перевищення повені ЙП, %;

, — Коефіцієнт переходу від інтенсивності зливи тривалістю 1 год до розрахункової інтенсивності;

— площа водо­забору, км² (визначають на карті по горизонталях);

— коефіцієнт витрати стоку, який залежить від виду грунту на поверхні водозабору;

— коефіцієнт редукції, що враховує неповноту стоку

Для врахування акумуляції води перед спорудою потрібно знати об'єм стоку , м³:

Розрахунок

За формулами визначити максимальну витрату і об'єм стоку зливової води і . (водозбірний басейн № 1 для труби на ПК – 4+0,00, водозбірний басейн № 2 для труби на ПК – 9+50,00, водозбірний басейн № 3 для труби на ПК – 18+0,00, водозбірний басейн № 4 для труби на ПК – 31+50,00).

Встановлюють вихідні дані:

район прокладання траси —Луганськаобл., 5-й зливовий район при ІП = 3%, = 0,75 мм/хв;

площу водозбору визначають за топографічною картою (для труби № 1 = 0,35 км², для труби № 2 = 0,26 км², для труби № 3 = 0,57 км²; для труби № 4 = 0,23 км²)

коефіцієнт переходу від інтенсивності зливи тривалістю 1 год до розрахункової інтенсивності: для труби ПК – 4+0,00 (інтерпо­ляцією) = 3,25 при = 530 м і = 8%;

коефіцієнт витрати стоку при суглинистих ґрунтах на по­верхні водозбірного басейну = 0,7

коефіцієнт редукції при = 0,35 км², = 0,74,

Таким чином, максимальні витрати води від зливи, м³/с: для труби на ПК – 4+0,00:

Підбираємо отвори водоперепускної труби на ПК – 4+0,00при

Для безнапірного режиму беремо трубу d = 2 х 1 шт.

За пропорцією знаходимо діаметри інших труб:

F₄ = 0,23 км² - Q_розр =4,8 м³/с d₄ = 2 х 1 шт.

F₂ = 0,26 км² - Q_розр = 5,46 d₂ = 1,25 х 3 шт.

F₃ = 0,57 км² - Q_розр =12,03 м³/с d₃ = 1,5 х 2 шт.

6. Проектування повздовжнього профілю дороги

Поздовжнім профілем дороги називають розріз земляного полотна вертикальною площиною, проведеною через вісь дороги.

При курсовому проектуванні вихідними даними для на­креслення поздовжнього профілю є: план траси на топо­графічній карті з прямими і кривими ділянками траси; позначки поверхні землі на пікетах і плюсових (характерних) точках, які визначають за горизонталями ін­терполяцією та екстраполяцією.

На поздовжній профіль наносять: лінію поверхні землі по осі дороги (чорну лінію) та висотні позначки пікетів і харак­терних точок; проектну (червону) лінію — лінію брівок земля­ного полотна, її похили та висотні позначки; розріз грунту по осі дороги із зазначенням місць закладання шурфів і свердло­вин, характеру та товщини ґрунтових нашарувань, рівня ґрун­тових вод; тип місцевості за зволоженням тощо.

Для відображення на поздовжньому профілі характерних змін рельєфу місцевості, крім пікетів (по 100 м), визначають плюсові точки. Такі точки потрібні в місцях зміни крутості схилу; вони характеризують різку зміну густоти горизонталей, а також у місцях перетину річкових долин (дна русла), ярів, вододілів, автомобільних доріг, залізниць.

Принципи нанесення проектної лінії. Проектуючи поздов­жній профіль, потрібно дотримуватися таких основних вимог під час нанесення на нього проектної лінії.

1.Проектну лінію узгоджують з позначками контрольних точок (позначками початку і кінця траси; мінімальними по­значками брівки земляного полотна біля мостів, труб, шля­хопроводів тощо).

2. Похил проектної лінії не повинен перевищувати норма­тивного поздовжнього похилу; у виїмці проектна лінія повинна мати похили на менше 5% і бути без переломів із спуску на підйом, для того щоб забезпе­чувалося раціональне відведення поверхневих вод від дороги.

3. На рівнинній та малопересіченій місцевості проектну лінію прокладають у насипу з дотриманням певних вимог та врахуванням товщини снігового покриву. Мінімальне підвищення брівки насипу над рівнем снігового покриву приймають для доріг II і І-с — 0,7. На ділянках поздовжнього профілю дуже пересіченої, горбистої та горис­тої місцевості проектну лінію прокладають з урахуванням балансу земляних мас, тобто чергують виїмки і насипи.

4. При алгебраїчній різниці похилів суміжних прямих менше 5‰ для доріг II категорій, у зламі проектної лінії криві не вписують. Якщо ця різниця до­рівнює наведеним вище зна­ченням або більша за них, то для забезпечення видимості і плавності руху на зламі вписують вертикальні криві.

5. Радіуси кривих у поздовжньому профілі не повинні бути меншими від нормативних для відповідної категорії дороги. Якщо є можливість і це економічно доцільно, то радіуси вибирають такими: опуклі — не менше 70000, угнуті — 8000 м, а довжину опуклих кривих — не менше 300, угнутих — не менше 100 м.

Наносячи проектну лінію на поздовжній профіль, установ­люють висотне положення контрольних точок і намічають начорно положення проектної лінії, ув'язавши її з рельєфом, ситуацією, геологічними, гідрогеологічними та іншими міс­цевими умовами, дотримуючись вимог ДБН В.2.3-4-2007.

Існують три методи нанесення проектної лінії поздов­жнього профілю за шаблоном — графоаналітичний, ана­літичний і тангенсів. У проектних організаціях, проектуючи поздовжній профіль, застосовують графоаналітичний метод. Метод тангенсів використовують дуже рідко, лише при рів­нинній місцевості і коли немає шаблонів.

Розрізняють висхідну і низхідну вітки шаблонів. Кожна точка шаблона має свій похил лінії, дотичної до неї, і координати і щодо ВВК, яку беруть за початок координат.

Щоб користуватися шаблонами, складено спеціальні таб­лиці координат для різних радіусів.

Проектування за шаблоном виконують у такій послідовності: на точно викреслений поздовжній профіль дороги нано­сять олівцем контрольні точки;

визначають похили прямих ділянок (вони не повинні пе­ревищувати допустимих зна­чень) за формулою:

де і — відповідно перевищення і відстань по горизонталі між точками початку і кінця прямої, виставлені у верти­кальному та горизонтальному масштабах;

підбирають шаблони вертикальних кривих допустимих ра­діусів і вписують криві, причому вписувати їх можна від­різками по висхідній або низхідній вітці шаблона ;

розраховують елементи проектної лінії, визначають проек­тні позначки точок з'єднання;

заповнюють розрахунковими даними графи "Похил та вер­тикальна крива" і "Позначка брівки земляного полотна" сітки профілю та визначають робочі позначки усіх пікетів і плюсових точок:

для насипів ;

для виїмки ,

де і — відповідно проектна позначка і позначка точки поверхні землі по осі дороги.

ПРОЕКТУВАННЯ ВОДОВІДВОДУ

Для захисту дорожнього полотна від руйнівних дій поверх­невих вод або капілярного підняття фунтових вод проектують водовідвідні споруди. Сукупність споруд, призначених для збирання, затримання, відведення води від полотна і пропус­кання її через полотно, становить систему дорожнього во­довідводу. Вона поділяється на поздовжній і поперечний водовідводи.

До поздовжнього водовідводу належать кювети, кювети-резерви, резерви та нагірні рови.

У піщаних, гравійних, щебеневих та скельних ґрунтах влаштовують кювети трикутного перерізу, на водонепроникних (глинистих) ґрунтах і за менш задо­вільних умов — трапецієподібного перерізу.

Кювети влаштовують: у виїмках; при невисоких насипах (до 0,8 м); при виході з виїмки у насип, тобто при нульових якщо похил поверхні землі менше 30‰, то біля найближ­чого пікету або плюсової точки з робочою позначкою 0,8 м і більше кювет закінчують і воду з нього випускають на поверх­ню землі убік від полотна;

якщо похил становить 30‰ і більше, то проектування кювету з відповідним типом укріплення продовжують до ді­лянки з похилом менше 30‰ або до найближчої водопропуск­ної споруди (труби, мосту), незважаючи на те, що висота насипу значно більша ніж 0,8 м. При великих похилах (30 ‰ і більше) вода, випущена з укріпленого рову, розмиватиме спочатку грунт підошви насипу, а потім і сам насип.

Для того, щоб бокові рови-кювети не переповнювалися, рекомендується через кожні 400—500 м випускати з них воду вбік, вивівши дно кювету на поверхню землі, а при косогорах — через водопропускні труби. Для запобігання розмиву та ви­никненню яру місця випуску води потрібно укріплювати (бруківкою на щебені чи бетонними плитами).

Дно ровів (кюветів, резервів, нагірних ровів, поперечного водовідводу) повинно мати поздовжній похил не менше 5‰, а у виняткових випадках — 3‰.

Якщо поздовжні похили перевищують допустимі за умов розмивання фунту, дно і стінки ровів укріплюють. При поз­довжніх похилах дна 5—10‰ укріплення не потрібне. Якщо похили більші, то частіше застосовують укріплення таких типів: засівання трави або дренування (10—30‰); застосуван­ня в'яжучих матеріалів, брукування камінням або бетонними плитами (30—50‰); влаштування перепадів (50—80‰); влаштування бистрини з водовідбійними колодязями — (> 80‰).

Відстань між уступами перепадів:

де — висота уступу (беруть звичайно 0,5 або 0,3 м);

— похил дна кюветів (ровів);

— похил між уступами (звичайно 10-20‰).

Кількість перепадів:

де — ділянка (відрізок), на якій передбачають влаштування перепадів.

Глибина кюветів повинна забезпечити перевищення низу дренажних пристроїв для відведення води з основи дорожнього одягу над дном кюветів не менше як на 0,2 м. Брівка земляного полотна у виїмках і поверхня землі біля насипу повинні також бути вище над рівнем води в кюветі не менше як на 0,2 м.

Якщо для спорудження насипу об'єму ґрунту з кюветів не вистачає, а переміщувати його з найближчої виїмки нера­ціонально (при відстані більше 1,5—2 км), то проектують ширші кювети, тобто кювети-резерви або резерви. У населе­них пунктах проектувати резерви, якщо цього не потребують умови вертикального планування, не можна.

На орних землях зовнішні укоси влаштовують з похилом 1 : 6, покривають їх і дно резерву шаром рослинного фунту завтовшки не менше 20 см, який знімають із смуги під резерви і насип до спорудження полотна.

Під час прокладання дороги на особливо цінних угіддях притрасові резерви не влаштовують, а земляне полотно зво­дять із привезеного фунту.

Нагірні рови проектують за наявності косогірності (попе­речного похилу місцевості до поздовжньої осі дороги понад 1 : 10). Вони призначені для перехоплення та відведення по­верхневих вод, які течуть до дороги по косогору. Поперечний переріз рову визначають гідравлічним розрахунком. Звичайно глибина ровів становить 0,5—1 м, ширина на дні — 0,5 м. В окремих випадках їх доцільно влаштовувати в два ряди і більше. Воду з ровів відводять убік від земляного полотна; відводити її в кювети забороняється.

На вулицях сільських населених пунктів водовідвід влаш­товують здебільшого у вигляді відкритої системи, яка за складом і конструкцією споруд може бути поділена на два різновиди: з кюветами та водовідвідними ровами; з лотками, розміщеними вздовж проїзної частини біля бортового каміння, та водо­відвідними рівчаками для спускання стоків з лотків.

Закрита система водовідводу досить дорога, але найбільше відповідає потребам сучасного рівня благоустрою населених пунктів та санітарно-гігієнічним вимогам. До неї входять: поздовжні лотки, розміщені біля бортового каміння; зливоприймальні, перепадні й оглядові колодязі; мережа підземно­го водовідводу.

Щоб зменшити вартість/споруд, часто у центрі населеного пункту влаштовують закриту, а на його околицях відкриту систему водовідводу.