Приложение Д (рекомендуемое). Пример гидравлического расчета системы поверхностного водоотвода

Приложение Д
(рекомендуемое)

Пример гидравлического расчета системы поверхностного водоотвода

Д.1 Система водоотвода с части поверхности рельефа, прилегающей к участку дороги, с которой поверхностный сток попадает непосредственно в придорожную полосу, включает основную водоперехватывающую канаву и энергогасящие сооружения.

Д.2 Основная водоперехватывающая канава начинается от водораздела, пересекаемого трассой дороги (вдоль дороги); выпуск стекающей по ней воды - во входной участок русла водопропускного сооружения. Сток по этим канавам происходит с двух сторон, от границ водораздела водосборного бассейна, пересекаемого дорогой, до водотока (постоянного либо временного) в пониженной части рельефа. Расчет параметров потока выполняют в последовательности, приведенной в Д.3-Д.13.

Д.3 На плане в горизонталях определяют площадь рельефа, тяготеющую к участку дороги, с которой предстоит рассчитать систему водоотвода.

Д.4 По предварительно установленным параметрам поперечного сечения канавы назначают размеры водоотводной канавы: ширину дна канавы по низу b = 0,4 м, заложение откосов канавы m = 1,5, показатель шероховатости дна и стенок канавы n = 0,025 [2].

Д.5 Всю протяженность канавы делят на характерные участки. Отличительным параметром участка принимают его уклон (уклон рельефа, по которому трассируется канава). Таких участков в пределах одной канавы может быть несколько, независимо от их протяженности.

Д.6 Определение расчетного максимального расхода стока выполняют согласно СП 529.1325800.

Д.7 Необходимо определить нормальные глубины h _0i потока в канаве, с которыми будет протекать поток в соответствии с рассчитанным расходом стока. Строят график расходной характеристики K = f(h). Для этого задаются значения глубин потока воды в канаве h (начиная от 0,3 м, далее с шагом по 0,2 м). При каждом заданном значении глубины рассчитывают параметры потока, необходимые для определения расходной характеристики К. Расчет параметров выполняют по приведенным ниже зависимостям:

- площадь живого сечения потока при заданной глубине

=(b+mh)h; (Д.1)

- величина смоченного периметра потока в канаве при заданной глубине

; (Д.2)

- гидравлический радиус

; (Д.3)

- коэффициент Шези

; (Д.4)

- значение расходной характеристики при заданной глубине

. (Д.5)

Значения глубин, необходимые для построения графика расходной характеристики, подсчитаны и приведены в таблице Д.1.

Таблица Д.1 - Параметры для построения графика расходной характеристики

Заданное значение глубины h, м	Площадь живого сечения , м 2	Смоченный периметр X	Гидравлический радиус R, м	Коэффициент Шези С, м 0,5/с	Расходная характеристика K, м 3/с
0,3	0,255	1,482	0,172	29,83	3,15
0,5	0,575	2,203	0,261	31,98	9,39
0,7	1,015	2,924	0,347	33,53	20,05
0,9	1,575	3,645	0,432	34,78	36,00
1,1	2,255	4,366	0,516	35,82	58,02
1,3	3,055	5,087	0,601	36,75	87,04
1,5	3,975	5,808	0,684	37,55	123,45
1,7	5,015	6,529	0,768	38,28	168,27
1,9	6,175	7,251	0,852	38,95	222,01

По данным таблицы Д.1 строят график расходной характеристики K = f(h) (рисунок Д.1).

Д.8 При величине расчетного расхода м ³/с определяют расходные характеристики для всех участков по формуле

. (Д.6)

Определяют численные значения расходных характеристик исходя из величины расхода стока. Затем по графику рисунка Д.1 определяют значения нормальных глубин, с которыми протекает поток на каждом, конкретном участке канавы:

K ₀ = 184,46 м ³/с h ₀ = 1,76 м,

K ₀₁ = 195,32 м ³/с h ₀₁ = 1,80 м,

K ₀₂ = 68,66 м ³/с h ₀₂ = 1,17 м,

K ₀₃ = 50,18 м ³/с h ₀₃ = 1,03 м.

Д.9 Определяют критическую глубину потока. При этом должно выполняться равенство

. (Д.7)

Д.10 Определяем численное значение левой части уравнения при =1,1 (коэффициент Кориолиса), полагая режим турбулентным:

. (Д.8)

Д.11 Определение критической глубины потока h _к выполняют графоаналитическим способом. Для этого необходимо построить график зависимости  ³/B=f(h). Для построения графика выполняют расчет параметров приведенной зависимости с использованием данных таблицы Д.2.

Таблица Д.2 - Определение параметров для расчета критической глубины потока

Глубина h, м	Площадь живого сечения	Ширина потока поверху В, м	Значение отношения  3/B
0,3	0,255	1,3	0,013
0,5	0,575	1,9	0,100
0,7	1,015	2,5	0,418
0,9	1,575	3,1	1,260
1,1	2,255	3,7	3,099
1,3	3,055	4,3	6,631
1,5	3,975	4,9	12,818
1,7	5,015	5,5	22,932
1,9	6,175	6,1	38,599

Д.12 По данным таблицы Д.2 строят график зависимости  ³/B=f(h) (рисунок Д.2) и определяют значение критической глубины потока h _к.

Д.13 По известным значениям величин нормальных глубин определяют:

- площадь живого сечения на каждом участке при нормальной глубине потока:

- участок водоотводной канавы 1: h ₀₁ = 1,76 м, площадь  ₀₁=3,76 м ²;

- участок водоотводной канавы 2: h ₀₂ = 1,80 м, площадь  ₀₂=5,58 м ²;

- участок водоотводной канавы 3: h ₀₃ = 1,17 м, площадь  ₀₃=2,52 м ²;

- участок водоотводной канавы 4: h ₀₄ = 1,03 м, площадь  ₀₄=2,00 м ².

Скорость потока по участкам:

- участок водоотводной канавы 1: v ₀₁ = 2,98 м/с;

- участок водоотводной канавы 2: v ₀₂ = 2,01 м/с;

- участок водоотводной канавы 3: v ₀₃ = 4,45 м/с;

- участок водоотводной канавы 4: v ₀₄ = 5,61 м/с.

В соответствии с полученными значениями скоростей потока на участках канавы подбирают укрепления стенок и дна канав.

При сравнении величин глубин потока на участках h _0i c величиной критической глубины потока h _к устанавливают необходимость устройства энергогасящих сооружений.