Отраслевой дорожный методический документ ОДМ 218.2.082-2017 "Методические рекомендации по проведению гидравлических расчетов малых ИССО на автомобильных дорогах" (рекомендован распоряжением Федерального дорожного агентства от 20 апреля 2017 г. N 746-р)

1. Разработан ООО "Гео-проект"

2. Внесен Управлением научно-технических исследований и информационного обеспечения Федерального дорожного агентства Министерства транспорта Российской Федерации.

3. Издан на основании распоряжения Федерального дорожного агентства от 20.04.2017 N 746-р

4. Имеет рекомендательный характер

5. Введен впервые

1 Область применения

Настоящий ОДМ содержит методики гидравлических расчетов малых водопропускных сооружений на федеральных автомобильных дорогах общего пользования на стадии проектирования в рамках нового строительства, реконструкции и ремонта.

2 Нормативные ссылки

В настоящем методическом документе использованы нормативные ссылки на следующие документы:

2.1 Технический регламент Таможенного союза ТР ТС 014/2011 "Безопасность автомобильных дорог". Утверждён 18.10.2011 г.

2.2 Федеральный закон N 384-ФЗ. Технический регламент о безопасности зданий и сооружений. Редакция от 02.07.2013 г.

2.3 СП 34.13330.2012. Автомобильные дороги. Актуализированная редакция СНиП 2.05.02-85*. Веден 01.07.2013 г.

2.4 СП 35.13330.2011. Мосты и трубы. Актуализированная редакция СНиП 2.05.03-84*. Введен 20.05.2011 г.

2.5 СП 33-101-2003. Определение основных расчетных гидрологических характеристик. Введен 26.12.2003 г.

2.6 СП 131.13330.2012. Строительная климатология. Актуализированная редакция СНиП 23-01-99*. Введен 01.01.2013 г. 

3 Термины, определения и обозначения

3.1 В настоящем отчете использованы следующие термины с соответствующими определениями и сокращениями:

Малые водопропускные сооружения - водопропускные трубы и малые мосты;

Гидравлические расчеты - комплекс расчетных действий с целью определения основных конструктивных и геометрических характеристик водопропускного сооружения.

Отверстие трубы - геометрический размер по внутренней поверхности трубы: для круглой - диаметр, для прямоугольной - расстояние между вертикальными стенками.

Отверстие моста - свободная ширина зеркала воды под мостом, измеренная по расчетному уровню высоких вод.

Гидрологические расчеты - раздел инженерной гидрологии, в задачи которого входит разработка методов, позволяющих рассчитать значения различных характеристик гидрологического режима.

Гидрологические характеристики - количественные оценки элементов гидрологического режима.

Расчетный расход воды - расход воды заданной вероятности превышения, принимаемый в качестве исходного значения для определения размеров проектируемых сооружений.

Объем стока - количество воды, протекающее через рассматриваемый створ водотока за какой-либо период времени.

Подпор воды - повышение уровня воды из-за наличия в русле препятствия для ее движения.

3.2 В настоящем методическом документе использованы следующие обозначения:

b - отверстие водопропускного сооружения; ширина водослива, м;

- средняя ширина потока в сечении с критической глубиной, м;

- ширина сечения по дну, м;

В - ширина потока поверху в нестесненном состоянии, м;

- то же при критической глубине, м;

С - коэффициент Шези, ;

D - диаметр круглой трубы в свету, м;

g - ускорение свободного падения, равное 9,8 ;

Н - подпертая глубина относительно нижней точки входного сечения трубы или моста, м;

- напор перед сооружением с учетом скорости подхода потока, м;

- высота насыпи, м;

h, , , , - глубины воды соответственно в произвольном сечении, в нижнем бьефе, в сжатом сечении, критическая и нормальная, м;

, - соответственно глубины воды на входе и выходе из трубы, моста, м;

, , - глубины размыва соответственно в произвольной точке, предельная, максимальная за данный период времени, м;

- высота трубы, м;

, , - уклоны соответственно гидравлический (или уклон дна), трения, сооружения и лога;

K и - соответственно расходная характеристика русла в общем случае и при нормальной глубине, ;

L - полная длина сооружения вдоль потока; длина укрепления, м;

l - длина вдоль потока; расстояние между сечениями, м;

m - коэффициент расхода;

- коэффициент заложения откоса;

n - число; коэффициент шероховатости;

Р - коэффициент размыва;

Q - расход, ;

- то же расход в сооружении с учетом аккумуляции, ;

q - удельный расход, ;

R - гидравлический радиус, м;

r - радиус, м;

- эталонное время размыва, с;

v - скорость потока в сечении, м/с;

W - объем; объем стока за время паводка, ;

- коэффициент кинетической энергии (Кориолиса); для мостов и труб принят ;

- угол раструбности оголовка (угол между осью трубы и стенкой оголовка);

- относительное подтопление;

- коэффициент скорости;

- смоченный периметр, м;

- площадь поперечного сечения сооружения или потока, .

4 Общие положения

4.1 Настоящий ОДМ рекомендуется применять при проектировании нового строительства, реконструкции и ремонта малых водопропускных сооружений на федеральных автомобильных дорогах общего пользования.

4.2 Результатом гидравлических расчетов малых водопропускных сооружений должен быть такой выбор водопропускного тракта, реализация которого обеспечивает выполнение требований Технического регламента Таможенного союза ТР ТС 014/2011 "Безопасность автомобильных дорог", включая требования СП 35.13330.2011 "Мосты и трубы".

4.3 Для водопропускных труб следует предусматривать безнапорный режим работы.

5 Классификация малых водопропускных сооружений на федеральных автомобильных дорогах общего пользования

5.1 По конструкции и компоновке в земляном полотне малые ИССО делятся на:

5.1.1 водопропускные трубы;

5.1.2 малые мосты;

Водопропускные трубы являются наиболее распространенным типом малых водопропускных сооружений. Ниже представлена классификация водопропускных труб.

5.2 По условиям гидравлической работы:

5.2.1 Равнинные трубы;

5.2.2 Косогорные трубы.

5.3 По характеру шероховатости внутренней поверхности:

5.3.1 Гладкие (бетонные, железобетонные, чугунные и т.п.);

5.3.2 Гофрированные (металлические, пластиковые и т.п.).

5.4 По влиянию длины трубы на пропускную способность:

5.4.1 "Короткие" в гидравлическом отношении;

5.4.2 "Длинные" в гидравлическом отношении.

5.5 По влиянию глубины воды в нижнем бьефе различаются трубы

5.5.1 Незатопленные с нижнего бьефа;

5.5.2 Затопленные с нижнего бьефа.

5.6 По режиму протекания потока в трубе:

5.6.1 Безнапорные;

5.6.2 Полунапорные;

5.6.3 Напорные.

6 Гидравлические расчеты равнинных труб

В качестве исходных данных для гидравлических используются следующие данные, получаемые в процессе гидрологических изысканий:

- расчетный расход с вероятностью превышения 1%;

- объем стока;

- топографический план бассейна водосбора;

- продольный профиль автодороги;

- поперечные профили автодороги по линиям водоразделов рассматриваемого бассейна;

- информация о наличии существующих водопропускных сооружений на рассматриваемом водотоке;

- информация о расположенный в непосредственной близости существующих автодорог и железнодорожных линий.

6.1 Порядок расчета железобетонных труб:

6.1.1 При отсутствии соответствующих данных в отчете о гидрологических изысканиях, необходимо выполнить перерасчет расхода с учетом аккумуляции. Расчет выполняется следующим образом:

Расчетная зависимость расхода, поступающего в сооружение от подпора перед трубой представлена следующим образом:

,

(1)

где

- расход принятой вероятности превышения, ;

W - объем стока для гидрографа с наибольшим расходом, ;

- уклон лога перед сооружением, %;

- уклон склонов перед сооружением, %;

- коэффициент, зависящий от очертания пруда в плане, продольного и поперечного профиля по логу, определяется по табл. А.1.

Расчет аккумуляции выполняется графически в системе координат Q, , где шкала Q строится по оси абсцисс, а шкала - по оси ординат. При этом на оси ординат дается совмещенная с шкала H. Указанная зависимость строится по 2 точкам в виде прямой линии: определяются координаты точек пересечения с осями координат при и при .

Строится зависимость согласно характеристикам, указанным в типовом проекте.

Точка пересечения графиков функций даст значения расхода (на оси абсцисс) и соответствующего ему подпора (пример В.2).

6.1.2 Предварительно назначается отверстие трубы по действующему типовому проекту с учетом требований СП 35.13330.2011 о минимальном отверстии трубы.

6.1.3 Проверяется условие безнапорного режима, в зависимости от типа входного оголовка:

а) для всех типов оголовков, кроме воротниковых и коридорных, затопление происходит при ;

б) для оголовков воротникового типа затопление происходит при ;

в) для оголовков коридорного типа затопление происходит при ,

где

H - подпор перед трубой, предварительно принимаемый по типовому проекту м;

- высота трубы по внутренней поверхности, м.

Рисунок 1 - Схема протекания воды в трубе при безнапорном режиме

6.1.4 При невыполнении условия безнапорного протекания отверстие трубы увеличивается.

6.1.5 Определяется тип трубы в гидравлическом отношении:

Для определения типа трубы в гидравлическом отношении необходимо определить критический уклон:

(2)

где Q - расчетный расход потока, ;

- площадь живого сечения потока () при критической глубине , м;

- ширина потока поверху, м;

- гидравлический радиус сечения потока, м;

g - ускорение свободного падения, ;

- коэффициент Кориолиса, принимаемый равным 1,1;

- смоченный периметр сечения потока, м;

- коэффициент Шези, определяемый по формуле Павловского:

(3)

где

n - коэффициент шероховатости, равный для бетонной поверхности 0,015;

(4)

В случае, если уклон трубы больше критического уклона , то труба любой длины является "короткой" в гидравлическом отношении.

Во всех остальных случаях труба считается "длинной" в гидравлическом отношении.

6.1.6 Определяется подпор перед трубой.

а) подпор перед гидравлически "короткой" трубой определяется по формуле:

,

(5)

где

m - коэффициент расхода при совершенном сжатии потока на входе, принимаемый по таблице 2 Приложения А;

- средняя ширина потока в сечении с критической глубиной; для прямоугольных труб равна ширине трубы, для круглых - по графику# рисунке Б.1.

б) подпор перед гидравлически "длинной" трубой определяется по формуле:

,

(6)

где

- подпор перед аналогичной "короткой" трубой, м.

6.1.7 По полученному значению подпора проверяется условие безнапорного режима протекания в соответствии с п. 6.1.3 настоящего алгоритма. При невыполнении условия отверстие трубы увеличивается и расчет подпора повторяется.

6.1.8 Выполняются следующие проверки уровня подпора:

а) возвышение бровки земляного полотна по продольному профилю трассы в границах бассейна водосбора: не менее чем на 0,5 м;

б) отсутствие перелива воды в соседний бассейн - проверяется по поперечному профилю земляного полотна автодороги в местах водоразделов;

в) при наличии вблизи мостов и труб инженерных сооружений, зданий и сельскохозяйственных угодий необходимо проверить их безопасность от подтопления вследствие подпора воды перед сооружением;

г) при наличии в непосредственной близости автомобильной или железной дороги с водопропускным сооружением, расположенном на том же водотоке, проверить взаимное влияние уровней подпертых вод на режим работы соседнего сооружения. Расчет взаимного влияния труб, расположенных каскадом приведен в разделе 9 настоящего отчета.

В случае невыполнения проверок производится увеличение отверстия трубы и расчет повторяется.

6.1.9 Определяется глубина и скорость воды на выходе из трубы и проверяется глубина размыва для принятого типа укрепления выходного русла.

По таблице 3 Приложения А определяется параметр расхода .

а) глубина потока на выходе , м, при параметре расхода , меньшем или равном (определяется по таблице А.4) определяется из выражения:

,

(7)

где

- критическая глубина в трубе, м;

- коэффициент, определяемый по таблице А.4.

Критическая глубина в общем случае определяется из выражения:

,

(8)

где

- коэффициент Кориолиса, принимаемый равным 1,1;

Q - расход, ;

g - ускорение свободного падения, ;

- площадь живого сечения при критической глубине, ;

- ширина живого сечения по свободной поверхности при критической глубине, м.

Критическая глубина прямоугольного русла , м, определяется по формуле:

,

(9)

где

- удельный расход, ;

Критическую глубину в руслах различной формы сечений можно также определять по графикам# рисунках Б.3, Б.4, Б.5.

При параметрах расхода , превышающем , глубина на выходе определяется из формулы:

,

(10)

где

- критическая глубина в трубе, м;

- коэффициент, определяемый по таблице А.5;

- степень, принимаемая по таблице А.5.

б) скорости на выходе из труб , м/с, определяются по формуле:

,

(11)

где

Q - расход, ;

- площадь живого сечения потока на выходе из трубы.

Алгоритм расчета нижнего бьефа трубы приведен в разделе 8 настоящих рекомендаций.

6.2 Порядок расчета гофрированных труб.

6.2.1 Минимальный диаметр трубы D, м, определяется по следующей формуле:

,

(12)

где

Q - расчетный расход, ;

- параметр расхода, определяемый по графику# рисунке Б.2;

g - ускорение свободного падения, .

Параметр расхода определяется для соотношения (условие безнапорного режима работы).

К расчету принимают большее ближайшее типовое значение D.

6.2.2 Определяется тип трубы в гидравлическом отношении трубы в гидравлическом отношении определяется значение критического уклона по формуле (1). При этом коэффициент шероховатости поверхности n определяется:

- в отсутствии гладкого лотка 0.025_0.03;

- при наличии гладкого лотка n определяется по формуле:

,

(13)

где

, - части поперечного сечения трубы, занимаемые лотковой частью и гофрой соответственно, м;

, - коэффициенты шероховатости материала лотка и трубы соответственно.

Критическая глубина потока определяется по графику на рисунке Б.3.

- при , а также при в случае, если труба считается гидравлически "короткой";

- при в случае, если труба считается гидравлически "длиной#".

6.2.3 Подпор перед гидравлически "короткой" трубой в# определяется по формуле (5).

При этом коэффициент расхода m и ширина потока поверху при этом могут быть определены в соответствии со значениями, приведенными в таблицах А.6, А.7.

6.2.4 Подпор перед гидравлически "длинной" трубой в безнапорном режиме определяется по формуле

,

(14)

где

- подпертая глубина перед аналогичной гидравлически "короткой" трубой, м.

6.2.5 Определяется глубина воды на выходе из трубы по следующим формулам:

при

(15.1)

при

(15.2)

при

(15.3)

6.2.6 Определяется скорость потока на выходе из трубы , м/с, из выражения:

,

(16)

где

D - диаметр трубы, м;

- уклон трубы, %.

7 Гидравлические расчеты косогорных труб

К косогорным относятся трубы со средним уклоном более 0,02. Косогорные трубы способны пропускать расход больше расчетного, получаемого для равнинных труб. Учет аккумуляции при расчете косогорных труб не допускается.

В гидравлическом отношении возможны 2 варианта работы косогорных труб:

1) трубы уложены на местности с уклоном более 0,02, на входе в которые поток находится в спокойном состоянии. Это возможно либо при отсутствии подводящих быстротоков, либо при наличии за быстротоком перед трубой водоприемного колодца. Для такого типа косогорных труб пропускная способность определяется как для равнинных (см. раздел 6 настоящего ОДМ);

2) наиболее типичный вариант - трубы с условиями косогорного входа, т.е. имеющие подводящий быстроток и бурный поток на входе в трубу.

При сопряжении быстротока с трубой устраивается участок сужения или сужающийся быстроток. В результате гидравлического расчета сужающегося быстротока получаются скорости потока, средние и максимальные глубины в конце сужения для дальнейшего расчета трубы.

Гидравлический расчет косогорных труб выполняется в следующем порядке:

7.1 Назначаются тип и отверстие трубы по типовому проекту.

7.2 Рассчитывается подводящий быстроток, начиная с угла сужения 20°. Определяются глубины и скорость потока на входе в трубу.

Расчет выполняется по одномерным уравнениям гидравлики (уравнениям Сен-Венана) на ЭВМ. В качестве исходных данных для расчета задаются профили поперечного сечения сужающегося быстротока в нескольких створах, их отметки, коэффициенты шероховатости. Результатами расчета являются средние по сечению уровни свободной поверхности и скорости потока в каждом створе.

Расчет также может быть выполнен по методике, разработанной Шаталовым М.Л. [4]:

7.2.1 По заданному расходу определяется, используя данные типового проекта [5], ширина стандартного быстротока прямоугольного сечения. Для повышения эффективности берется ширина трубы ближайшего меньшего сечения, чем это указано в типовом проекте [5].

7.2.2 По уравнению неравномерного движения В.И. Чарномского [1], используя , , , , n, определяются глубины и средние скорости потока по длине быстротока.

7.2.3 С использованием глубины и средней скорости , в конце подводящего быстротока, определяется число Фруда , по формуле:

,

(17)

где:

- коэффициент Кориолиса;

- средняя скорость потока в конце подводящего быстротока, м/с;

g - ускорение свободного падения, ;

- глубина в конце подводящего быстротока, м

и степень сжатия бурного потока .

7.2.4 По графику (рисунок Б.7), используя и , определяется в первом приближении угол "безволнового" сужения быстротока, длина участка сужения и глубина воды на входе в трубу .

7.2.5 Определяются параметры косого гидравлического прыжка , , по зависимостям:

,

(18)

где:

- угол фронта косого прыжка;

- угол сужения;

- число Фруда невозмущенного потока.

,

(19)

где:

, - глубина, м;

- угол фронта косого прыжка;

- число Фруда невозмущенного потока.

,

(20)

где:

- число Фруда за фронтом косого прыжка;

- число Фруда невозмущенного потока;

- угол фронта косого прыжка;

- угол сужения;

7.2.6 Определяются параметры косого прыжка-волны , , , , , по формулам:

,

(21)

где:

- число Фруда потока, перпендикулярного фронту косого прыжка;

- число Фруда невозмущенного потока;

- угол фронта косого прыжка,

,

(22)

где:

, - глубина до сужения и максимальная глубина потока в прыжке-волне, м;

- число Фруда потока, перпендикулярного фронту косого прыжка.

,

(23)

где:

- длина фронтальной поверхности прыжка-волны, м;

- глубина, м;

- число Фруда потока, перпендикулярного фронту косого прыжка,

,

(24)

где:

- расстояние от вершины волны до точки перегиба кривой свободной поверхности, м;

- глубина, м;

;

- число Фруда потока, перпендикулярного фронту косого прыжка,

,

(25)

где:

- расстояние от вершины волны до точки перегиба кривой свободной поверхности, м;

- глубина, м;

- число Фруда потока, перпендикулярного фронту косого прыжка.

,

(26)

где:

- расстояние по дну от вершины прыжка-волны до фронта косого прыжка, м;

- расстояние от вершины волны до точки перегиба кривой свободной поверхности, м;

, - глубина, м;

;

- число Фруда потока, перпендикулярного фронту косого прыжка,

,

(27)

где:

- глубина фронта косого прыжка, м;

- критическая глубина, м;

- число Фруда потока, перпендикулярного фронту косого прыжка.

7.2.7 Определяются характерные глубины и их местоположения вдоль стенки по формулам:

,

(28)

где:

- расстояние от излома стенки до гребня, м;

- глубина, м;

K - коэффициент, учитывающий искривление линии тока вблизи стенки;

- расстояние по дну от вершины прыжка-волны до фронта косого прыжка, м;

- угол фронта косого прыжка;

- угол сужения;

,

(29)

где:

, - глубина до сужения и глубина под гребнем, м;

- число Фруда невозмущенного потока;

- угол сужения;

,

(30)

где:

, h, - глубина до сужения, переменная глубина и глубина под гребнем, м;

- расстояние вдоль оси X от точки излома до переменной глубины h, м;

- расстояние от излома стенки до гребня при горизонтальном дне, м.

С учетом влияния уклона дна определяем по формуле:

,

(31)

где:

- расстояние от излома стенки до гребня у стенки при наклонном дне, м;

- расстояние от излома стенки до гребня при горизонтальном дне, м;

- уклон дна.

Строится продольный профиль глубин вдоль стенки.

7.2.8 Определяются характерные глубины и их местоположение на оси сооружения по формулам:

,

(32)

где:

, - глубина под гребнем и глубина до сужения, м;

, - числа Фруда потока на максимальной глубине и невозмущенного потока;

, - угол дополнительного фронта прыжка-волны и угол фронта косого прыжка.

,

(33)

где:

- расстояние от точки пересечения фронтов косых прыжков до гребня, м;

- глубина вторичного косого прыжка, м;

K - коэффициент, учитывающий искривление струй при взаимодействии косых прыжков;

- расстояние от вторичного фронта (угол ) до глубины вторичного косого прыжка, м;

- угол вторичного фронта;

- угол сужения;

,

(34)

где:

- расстояние от начала сужения до точки пересечения первоначальных фронтов, м;

- ширина быстротока в начале сужения, м;

- угол фронта косого прыжка;

С учетом влияния определяются:

,

(35)

где:

, - глубина под гребнем при и при , м;

- уклон дна.

,

(36)

где:

, - расстояние от точки пересечения фронтов косых прыжков до гребня на оси X при и при , м;

- уклон дна.

(37)

где:

- полное расстояние вдоль оси сооружения от начала сужения до глубины , м;

- расстояние от начала сужения до точки пересечения первоначальных фронтов, м;

- расстояние от точки пересечения фронтов косых прыжков до гребня на оси X при , м.

Строится продольный профиль глубин вдоль оси сооружения.

7.2.9 По графику (рисунок Б.8) определяются параметры второго косого прыжка: , , , .

7.2.10 Проводится уточнение параметров потока , и . на

входе в трубу с учетом потерь на трение по формуле:

,

(38)

где:

, - уклоны дна и трения;

h, V - глубина (м) и средняя скорость (м/с);

S - продольная координата (м);

- коэффициент Кориолиса;

g - ускорение свободного падения, .

7.2.11 По рассчитанным глубинам с учетом запаса назначаем размеры подводящего быстротока, участка сужения и звеньев трубы [6].

7.3 Выполняются следующие проверки:

а) зазор между верхом трубы и верхом свободной поверхности на входе в трубу не должен превышать допускаемые СП 35.13330.2011;

б) высота максимального всплеска на стенке, либо глубина гребня по оси трубы не должны превышать высоту трубы.

В случае невыполнения указанных проверок угол сужения уменьшается на 5° и расчет повторяется. Если до достижения угла сужения 10° указанные условия не выполняются - назначается повышенное звено либо увеличивается отверстие трубы до выполнения указанных условий.

7.4 Рассчитывается средняя часть трубы в соответствии с положениями раздела 6 настоящих рекомендаций. Выполняется проверка зазора между поверхностью потока и верхом трубы в соответствии с требованиями СП 35.13330.2011. В случае невыполнения проверки назначается большее отверстие трубы.

7.5 Выполняется расчет скоростей и глубин на выходе из трубы в соответствии с положениями раздела 6 настоящих рекомендаций, после чего выполняется расчет и подбор конструкции укрепления выходного русла в соответствии с алгоритмом, изложенным в разделе 8 настоящих рекомендаций.

8 Гидравлические расчеты нижнего бьефа

Конструкция укрепления выходного русла назначается в соответствии с типовым проектом [6].

Для назначения основных размеров и типа укрепления выходных русел используются следующие гидравлические характеристики потока в нижнем бьефе: глубина, скорость, границы растекания и глубина размыва.

По результатам расчетов производится назначение основных размеров (длины и ширины) укрепления на выходе из трубы, глубины заложения концевой части и, при необходимости, предусматриваются мероприятия по уменьшению размывов за укреплением.

Порядок расчета:

8.1 Предварительно назначается тип укрепления выходного русла:

а) для труб, работающих при расчетных заполнениях (полностью загруженных) предварительно назначаются жесткие бетонные укрепления с концевой частью в виде предохранительного откоса, либо вертикальной стенки с каменной наброской;

б) для труб, работающих при заполнениях менее расчетных назначают те же типы укреплений, что указаны выше, но без каменной наброски.

8.2 Назначается длина укрепления, равная , где - эквивалентный диаметр трубы, равный диаметру круга, имеющего площадь, эквивалентную площади поперечного сечения трубы.

8.3 Определяется максимальная глубина размыва , м, по графику в типовом проекте [6]. При глубине размыва м необходимо перейти на другой тип выходного русла и расчет повторить.

8.4 Определяется глубина заделки концевой части укрепления , м, в соответствии с рекомендациями типового проекта [6]. При м необходимо перейти на другой тип выходного русла и расчет повторить.

8.5 Определяется ширина растекания потока , м, в соответствии с рекомендациями типового проекта [6], по которым определяется ширина укреплений. Ширина укреплений назначается с запасом 1 м в каждую сторону относительно ширины растекания потока.

9 Гидравлические расчеты труб, расположенных каскадом.

При выполнении расчета равнинных труб в соответствии с алгоритмом, изложенным в разделе 6 настоящих рекомендаций, возможен случай расположения труб на одном водотоке. В этом случае необходимо учесть взаимное влияние гидравлической работы труб, выполнив расчет в указанном ниже порядке. Расчет начинается с низовой трубы.

9.1 По расчетному расходу назначается отверстие трубы по типовому проекту.

9.2 Определяется перед трубой в соответствии с разделом 6 настоящих рекомендаций и соответствующая ему отметка ПУВВ.

9.3 При расчете верховой трубы выполняется проверка условия безнапорного протекания по отметке ПУВВ низовой трубы. При невыполнении проверки отверстие верховой трубы увеличивается.

9.4 Во избежание заиливания низовой трубы, выполняется проверка минимального расстояния , м, между концом укрепления верховой трубы и началом низовой по формуле:

(39)

где

- максимальная глубина размыва на выходе из верхового сооружения (см. раздел 8);

- крутизна предохранительного откоса укрепления верхового сооружения;

- крутизна низового откоса воронки размыва верхового сооружения, определяется по таблице А.11;

- предельная глубина потока в нижнем бьефе верхового сооружения, м;

- глубина потока в нижнем бьефе верхового сооружения, м.

При невозможности выполнения данного условия устраивается укрепление русла на участке сопряжения верховой и низовой труб.

10 Гидравлические расчеты малых мостов

10.1 По высоте насыпи назначается максимально допустимый подпор перед мостом.

10.2 По известному расходу и назначенному подпору вычисляется отверстие моста:

,

(40)

где

- коэффициент расхода, принимаемый по табл. 8 Приложения А;

- коэффициент подтопления, определяемый по табл. 9 Приложения А;

- средняя ширина потока под мостом при критической глубине , м;

g - ускорение свободного падения, ;

- подпор перед мостом, м;

Критическая глубина прямоугольного русла , м, определяется по формуле:

,

(41)

где

- коэффициент Кориолиса, принимаемый равны# 1,0 при скорости потока менее 1 м/с и 1,1 при больших скоростях;

- удельный расход, ;

g - ускорение свободного падения, .

а)

б)

в)

Рисунок 2 - Схемы протекания потока под мостом:

а) - незатопленное подмостовое русло при двухперепедном# протекании; б) - незатопленное подмостовое русло при одноперепадном протекании; в) - затопленное подмостовое русло

В случае трапецеидального русла критическая глубина , м, определяется по формуле:

,

(42)

где

- параметр, определяемый по графику на рисунке Б.4.

10.3 Проверяется условие подтопления:

,

(43)

где

- бытовая глубина в нижнем бьефе;

- подпор перед мостом;

N - критерий подтопления, определяемый по таблице А.10.

При несоблюдении условия (43) - подмостовое русло подтоплено.

При этом для неподтопленных подмостовых русел, в зависимости от длины моста вдоль потока , возможны 2 варианта протекания:

При - двухперепадное протекание. При этом пропускная способность практически не зависит от длины моста.

При - одноперепадное протекание. При этом пропускная способность увеличивается с уменьшением длины моста вдоль потока. Это уменьшение выражается через коэффициент расхода:

,

(44)

где

- коэффициент расхода, принимаемый по таблице А.9.

В зависимости от отверстия моста b, м, мосты делятся на

- узкосливные при ;

- широкосливные при .

где

- подпор перед мостом.

У широкосливных мостов при увеличении отверстия пропускная способность увеличивается, что учитывается через коэффициент расхода m:

,

(45)

10.4 Если подмостовое русло не подтоплено, то

а) по формуле (40) производится пересчет подпора перед мостом и проверяется возможность подтопления по (43);

б) если русло не подтоплено - проверяется достаточность возвышения низа пролетного строения;

в) определяется максимальная расчетная скорость , м/с, на выходе из-под моста:

- при двухперепадном протекании потока находится в сжатом сечении:

,

(46)

где

- отверстие моста; для трапецеидальных русел - это средняя ширина потока при глубине в сжатом сечении .

В свою очередь

,

(47)

где

- коэффициент, определяемый по таблице А.10;

- при одноперепадном протекании потока под мостом максимальная расчетная скорость устанавливается на выходе из-под моста при глубине потока, равной бытовой глубине воды в нижнем бьефе:

,

(48)

где

- отверстие моста, м; для трапецеидальных русел - это средняя ширина потока при глубине ;

10.5 Если подмостовое русло подтоплено, то

а) отверстие моста округляется до ближайшего большего стандартного значения и по таблице А.9 находится коэффициент подтопления и вычисляется новое значение подпора.

б) проверяется достаточность возвышения низа пролетного строения;

в) определяется максимальная расчетная скорость на выходе из-под моста. Максимальная расчетная скорость принимается с учетом перепада восстановления:

,

(49)

где

- отверстие моста, м; для трапецеидальных русел - это средняя ширина потока при глубине ;

- коэффицент, принимаемый по таблице А.9.

10.6 По таблице А.12 назначается тип укрепления подмостового русла.

Библиография

[1] Пособие по гидравлическим расчетам малых водопропускных сооружений. М.: Транспорт, 1992.

[2] Розанов Н.П. Гидравлические расчеты водопропускных труб. М.: ВНИИГиМ, 1979.

[3] ОДМ 218.2.001-2009 Рекомендации по проектированию и строительству водопропускных сооружений из металлических гофрированных структур на автомобильных дорогах общего пользования с учетом региональных условий (дорожно-климатических зон). М., 2009.

[4] Шаталов М.Л. Диссертация на соискание научной степени к.т.н. "Бурный поток на участке прямолинейного сужения". МАДИ 1984 г.

[5] Типовой проект ОАО "Трансмост" "Унифицированные косогорные водопропускные трубы для железных и автомобильных дорог", шифр 2338, (взамен серии 501-96)

[6] Типовой проект ОАО "Трансмост" "Укрепление русел, конусов и откосов насыпей у малых и средних мостов и водопропускных труб", шифр 2337, (взамен серии 3.501.1-156)

ОКС__________

Ключевые слова:

МАЛЫЕ ИСКУССТВЕННЫЕ СООРУЖЕНИЯ, ВОДОПРОПУСКНЫЕ ТРУБЫ, МАЛЫЕ МОСТЫ, ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ

Руководитель организации-разработчика

ООО "ГЕО-ПРОЕКТ"

Генеральный директор Артемьев М.Ю.

___________________________ подпись