Отраслевой дорожный методический документ ОДМ 218.2.110-2020 "Методические рекомендации по гидравлическим расчетам спиральновитых металлических гофрированных труб" (рекомендован распоряжением Федерального дорожного агентства от 11 сентября 2020 г. N 2849-р)

Предисловие

1. Разработан: Обществом с ограниченной ответственностью "Мегатех инжиниринг" совместно с Обществом с ограниченной ответственностью "ДорГеоТех" в соответствии с государственным контрактом от 18.02.2019 N ФДА 47/12

2. Внесен: Управлением научно-технических исследований и информационного обеспечения Федерального дорожного агентства

3. Издан распоряжением Федерального дорожного агентства от "11" сентября 2020 г. N 2849-р

4. Имеет рекомендательный характер

5. Введен впервые

1 Область применения

Настоящий отраслевой дорожный методический документ распространяется на водопропускные трубы автомобильных дорог и содержит методику гидравлических расчетов водопропускных спиральновитых металлических гофрированных труб с размерами гофра 125х26 мм и 68х13 мм.

2 Нормативные ссылки

В настоящем методическом документе использованы нормативные ссылки на следующие документы:

ТР ТС 014/2011 Технический регламент Таможенного союза "Безопасность автомобильных дорог"

ГОСТ 32871-2014 Дороги автомобильные общего пользования. Трубы дорожные водопропускные. Технические требования

ГОСТ Р 58654-2019 Дороги автомобильные общего пользования. Трубы металлические гофрированные спиральновитые. Технические условия

СП 22.13330.2016 Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*

СП 34.13330.2012 Автомобильные дороги. Актуализированная редакция СНиП 2.05.02-85*

СП 35.13330.2011 Мосты и трубы. Актуализированная редакция. СНиП 2.05.03-84*

СП 100.13330.2016 Мелиоративные системы и сооружения. Актуализированная редакция СНиП 2.06.03-85

3 Термины, определения

В настоящем ОДМ применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 гидравлические расчеты: комплекс расчетных действий с целью определения основных конструктивных и геометрических характеристик водопропускного сооружения.

3.2 отверстие трубы: диаметр по внутренней поверхности трубы.

3.3 гидрологические характеристики: кличественные оценки элементов гидрологического режима.

3.4 расчетный расход: расход воды заданной вероятности превышения, принимаемый в качестве исходного значения для определения параметров проектируемого сооружения.

3.5 пропускная способность: способность трубы пропустить расчетный расход.

3.6 подпор: местное повышение уровня воды в реке вследствие стеснения потока водопропускным сооружением, изменяющего естественные условия протекания.

3.7 безнапорный режим: движение потока жидкости со свободной поверхностью; определяется постоянным давлением на свободную поверхность, обычно равным атмосферному.

3.8 коэффициент шероховатости: величина, численно характеризующая сопротивление, оказываемое поверхностью трубы протекающему потоку, интегральная характеристика гидравлических сопротивлений.

3.9 критическая глубина: глубина потока, при которой удельная энергия сечения для заданного расхода достигает минимального значения.

3.10 нижний бьеф: бьеф с низовой стороны водоподпорного сооружения. (бьеф - часть водотока, примыкающая к водоподпорному сооружению).

4 Общие положения

4.1 Настоящий ОДМ рекомендуется применять при проектировании нового строительства, реконструкции и ремонта водопропускных спиральновитых металлических гофрированных труб на автомобильных дорогах общего пользования.

4.2 В результате гидравлических расчетов водопропускных спиральновитых металлических гофрированных труб должны быть назначены основные размеры сооружения, обеспечивающие пропуск воды, надёжность конструкции трубы, оголовков, русел и насыпи, реализация которого обеспечивает выполнение требований ГОСТ 32871, ГОСТ Р 58654, ТР ТС 014/2011, СП 35.13330.2011, СП 34.13330.2012, а также требования [1], [2].

4.3 Для водопропускных спиральновитых металлических гофрированных труб следует предусматривать безнапорный режим работы.

5 Классификация водопропускных труб на автомобильных дорогах общего пользования

Водопропускные трубы являются наиболее распространенным типом малых водопропускных сооружений. Ниже представлена классификация водопропускных спиральновитых металлических гофрированных труб [3].

По условиям гидравлической работы:

- равнинные трубы;

- косогорные трубы.

По характеру шероховатости внутренней поверхности:

- с гладким лотком;

- гофрированные, без лотка.

По влиянию длины трубы на пропускную способность:

- "короткие" в гидравлическом отношении;

- "длинные" в гидравлическом отношении.

6 Гидравлические расчеты равнинных труб

6.1. Исходные данные

Для проведения гидравлических расчетов необходимы следующие исходные данные:

- расчетный расход;

- объем стока для гидрографа с наибольшим расходом;

- топографический план и поперечный профиль автодороги в месте проектируемой водопропускной трубы;

- информация о наличии существующих водопропускных сооружений на рассматриваемом водотоке;

- Расчетный расход принимается с вероятностью превышения по СП 35.13330.2011:

- для автомобильных дорог I категории - 1%;

- для автомобильных дорог II, III, III-п, III-с категорий и городских дорог - 2%;

- для автомобильных дорог IV, IV-п, V категорий и внутренних хозяйственных дорог - 3%;

- В районах с развитой сетью автомобильных дорог для труб при технико-экономическом обосновании вероятность превышения допускается принимать 2 вместо 1%, 3 вместо 2%, 5 вместо 3%, а для труб на дорогах II-с и III-с категорий - 10%.

Возвышение высшей точки внутренней поверхности трубы в любом поперечном сечении над поверхностью воды в трубе при максимальном расходе расчетного паводка и безнапорном режиме работы должно быть в свету, согласно СП 35.13330.2011 в круглых трубах высотой до 3,0 м - не менее 1/4 высоты трубы, свыше 3,0 м - не менее 0,75 м.

При определении глубины размыва и размеров укреплений расчетные расходы (для учета флуктуации исходных данных) увеличиваются на 30%.

6.2. Порядок расчета

6.2.1. Минимальный диаметр трубы D, м, определяется по следующей формуле (1) [4]:

, (1)

где - расчетный расход принятой вероятности превышения, ;

- параметр расхода, принимаемый по таблице 1;

g - ускорение свободного падения, .

Параметр расхода принимается по таблице 1 для соотношения (условие безнапорного режима работы) в зависимости от принятого типа оголовка.

Таблица 1 - Значение параметра расхода труб

Формула параметра расхода	Заполнение входного сечения	Значение параметра расхода труб при типах входных оголовков
		Без оголовка (вертикальный срез)	Без оголовка (срез параллельно откосу)	Портальный с конусами
	0,75	0,275	0,355	0,275
	1,0	0,415	-	0,440

Вычисленный по формуле (1) диаметр D округляется в большую сторону до 0,1 и принимается с учетом требований СП 35.13330.2011 о минимальном отверстии трубы.

6.2.2. В зависимости от принятого диаметра уточняется параметр расхода по формуле (2):

. (2)

6.2.3. Определяется глубина воды на входе в трубу по графику на рисунке 2.

6.2.4. Определяется тип трубы в гидравлическом отношении:

Для определения типа трубы в гидравлическом отношении необходимо определить критический уклон по формуле (3):

, (3)

где - расчетный расход, ;

- площадь живого сечения потока при критической глубине , м;

- средняя ширина потока при критической глубине , , определяется по графику (рисунок 4), м;

- гидравлический радиус сечения потока при критической глубине , м;

g - ускорение свободного падения, ;

- коэффициент Кориолиса, принимаемый равным 1,1;

- смоченный периметр сечения потока при критической глубине , м;

- коэффициент Шези, определяемый по формуле Павловского (4):

, (4)

где

, (5)

где n - коэффициент шероховатости, принимаемый по таблице 2.

Таблица 2 - коэффициенты шероховатости СВМГТ

Размер гофра СВМГТ, мм	125x26	68x13	Другие
Коэффициент шероховатости (n)	0,0254	0,0203	0,030

При наличии гладкого лотка n определяется по формуле (6):

, (6)

где , - части смоченного периметра сечения трубы, занимаемые лотковой частью и гофром соответственно, м;

, n - коэффициенты шероховатости материала лотка и трубы соответственно (таблица 2).

Критическая глубина потока определяется по графику на рисунке 3.

6.2.5. В зависимости от влияния длины трубы на пропускную способность различают "короткие" и "длинные" трубы. У "коротких" труб сжатое сечение не затоплено , и общая длина их не оказывает влияния на пропускную способность. В "длинных" трубах сжатое сечение затоплено , и на протяжении всей длины трубы сохраняется спокойный поток, вследствие чего сопротивления по длине трубы влияют на пропускную способность:

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

- при в случае, если труба считается гидравлически "длинной".

6.2.6. Подпор перед гидравлически "короткой" трубой определяется по формуле (7):

, (7)

где m - коэффициент расхода при совершенном сжатии потока на входе, m = 0,33;

- средняя ширина потока в сечении с критической глубиной определяется по графику на рисунке 4.

Значение коэффициента расхода, указанное выше, приведено для уклона трубы . При уклоне, отличном от 0,01, для более точного расчета значение m следует увеличивать при или уменьшать при на 2% на каждую 0,01 уклона.

6.2.7. Подпор перед гидравлически "длинной" трубой в безнапорном режиме определяется по формуле (8):

, (8)

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

6.2.8. 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 труб инженерных сооружений, зданий и сельскохозяйственных угодий необходимо проверить их безопасность от подтопления вследствие подпора воды перед сооружением, при этом целесообразно проверить влияние повышенного уровня грунтовых вод;

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 главе 9.

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

6.2.9. Определяется глубина воды на выходе из трубы по формуле (9) либо по графику (рисунок 5):

. (9)

6.2.10. Скорости на выходе из труб , м/с, определяются по формуле (10):

, (10)

где Q - расчетный расход, ;

- площадь живого сечения потока на выходе из трубы, .

6.2.11. Пропускную способность гофрированных многоочковых труб при условии их раздвижки на величину не менее 0,25D определяют как сумму отдельно работающих одноочковых труб. Расчет многоочковых труб аналогичен расчету одноочковых, при этом расход каждой трубы принимают , где - число труб.

7 Гидравлические расчеты косогорных труб

К косогорным относятся трубы, устраиваемые при пересечении дорогами логов и водотоков со средним уклоном на участке трубы, от 0,02 и более. Укладку металлических гофрированных труб рекомендуется производить с уклонами не более 0,03. Для обоснования индивидуальных проектных решений по увеличению уклона СВМГТ свыше 0,03 до 0,05 необходимо выполнять технико-экономические расчеты. Уклон по лотку СВМГТ не должен превышать 0,05 [1].

На косогорах СВМГТ надлежит укладывать на естественное основание с уклоном, близким уклону лога, либо на отсыпке земляного полотна из скального грунта, устойчивого против выветривания в теле насыпи, с расположением выхода из трубы выше дна лога с устройством бермы из скального грунта.

Исходя из этого, возможны несколько вариантов проектирования косогорных труб:

1) трубы уложены на местности с уклоном более 0,02 до 0,03, 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 (глава 6);

2) при больших уклонах лога трубы укладывают на подсыпке со сбросом потока на укрепленные откосы насыпи или на отсыпку из камня, расположенную в низовой части насыпи. Пропускная способность определяется как для равнинных (глава 6). Отличие заключается в расчетах нижнего бьефа (раздел 8.6).

8 Гидравлические расчеты нижнего бьефа

8.1. Классификация выходных русел и принципы их расчета

8.1.1. Под расчетами нижнего бьефа дорожных водопропускных сооружений понимают расчет комплекса устройств, находящихся за выходными оголовками труб. Эти устройства будут в дальнейшем определены как выходные русла в отличие от естественного выходного лога. Выходные русла включают укрепления с концевыми частями, гасители и каменную наброску [4].

8.1.2. При расчете нижних бьефов могут встретиться два основных случая:

- выходное русло размываемое, т.е. сопряжение его с бытовым логом происходит с образованием воронки размыва в конце сравнительно короткого укрепления;

- выходное русло неразмываемое на всем протяжении потока до створа с бытовыми характеристиками. В этом случае за выходным сечением сооружения устраивают укрепленный канал.

Наиболее распространенным в практике проектирования является размываемое выходное русло.

8.1.3. Выходные русла, которые используются или могут быть использованы в малых дорожных водопропускных сооружениях, по характеру связи между элементами делят на две основные группы:

- с укреплениями из связанных между собой элементов;

- с укреплениями из не связанных между собой элементов.

В свою очередь по возможности деформаций под воздействием потока выходные русла первой группы подразделяются на следующие: выходные русла с жесткими (недеформируемыми) укреплениями; выходные русла с гибкими (деформируемыми) укреплениями.

В качестве примеров выходных русел из связанных между собой элементов с жесткими недеформируемыми укреплениями можно привести выходные русла из монолитного бетона, омоноличенных бетонных или железобетонных плит, блоков и мощения. Примером выходных русел той же группы, но с гибкими деформируемыми укреплениями, могут служить габионные конструкции.

Выходные русла из не связанных между собой элементов в основном имеют укрепления из каменной наброски, состоящей как из однородных, так и неоднородных элементов. Можно также использовать и специально изготовленные не связанные между собой элементы из достаточно прочных морозостойких материалов. Сюда же относятся выходные русла без укреплений.

8.1.4. Для расчета все выходные русла, приведенные в классификации, должны быть отнесены к определенному типу, позволяющему конкретизировать расчетную схему, устанавливать гидравлические характеристики (глубины и скорости) и определить возможность деформаций укрепления и глубину размыва за ним.

8.1.5. Для защиты нижних бьефов от размыва при применении выходных русел из связанных между собой элементов с жесткими укреплениями рекомендуется использовать следующие 3 основных типа выходных русел (рисунок 6). Они в основном и используются в практике дорожного строительства [4, 5].

8.1.6. Для расчета выходных русел с укреплениями, состоящими из не связанных между собой элементов, рекомендуются три типа выходных русел (рисунок 7) [4, 6].

Последовательность применения выходных русел, представленных на рисунке 7, также соответствует нумерации I, II и III. При этом тип I используют, если глубина размыва не превышает толщины укрепления (толщины слоя наброски). В противном случае уменьшают глубину размыва размещением за укреплением каменной наброски из более мелкого материала, чем камень укрепления, т. е. применяют тип II. При этом вновь добиваются условия, чтобы глубина размыва не превышала толщины укрепления. Если и в этом случае указанное условие не выдержано, то применяют тип III выходных русел.

Обычно эта группа выходных русел используется при скоростях течения на выходе из труб м/с.

8.1.7. Исходными данными для расчетов нижних бьефов СВМГТ являются:

а) характеристики водопропускного сооружения (отверстие, тип выходного оголовка, уклон лотка);

б) расходы в сооружении;

в) гидравлические характеристики на выходе из сооружений (глубины и скорости потока);

г) характеристика бытового лога - форма сечения, уклон, грунты (связные или несвязные); для связных приводится величина сцепления, для несвязных - гранулометрический состав; пробы грунтов должны обеспечить получение указанных выше грунтовых характеристик по всей глубине, но не менее 2 м;

д) наличие нижерасположенных сооружений на соседних дорогах или на других объектах, влияющих на гидравлическую работу рассчитываемых сооружений;

е) другие данные, оказывающие влияние на гидравлический расчет сооружений.

8.1.8. Расчеты нижних бьефов водопропускных спиральновитых металлических гофрированных труб для принятого типа выходных русел включают следующее:

а) определение гидравлических характеристик потока в выходных руслах и за ними - глубин, скоростей и характера растекания потока на укреплении;

б) оценку устойчивости укреплений и величину их деформаций (для выходных русел из несвязанных между собой элементов);

в) определение глубин размыва за укреплениями;

г) определение размеров укреплений и глубин заложения их концевых частей.

8.2. Определение гидравлических характеристик потока на укреплении

8.2.1. При уклонах лога гидравлические характеристики потока на укреплении определяют по следующим зависимостям.

Принимают максимальную скорость на укреплении по формуле (11):

. (11)

Средние глубины потока в конце укрепления длиной вычисляют по формуле (12)

, (12)

где - эквивалентный диаметр (эквивалентное отверстие), м, представляющий собой диаметр круга, равновеликого по площади поперечному сечению сооружения , для многоочковых труб эквивалентный диаметр определяют по суммарной площади очков,

- площадь поперечного сечения сооружения, .

Ширину растекания потока на укреплении в створе, расположенном на расстоянии х от конца оголовка (при безоголовочном исполнении от конца трубы), находят по зависимости (13):

, (13)

где - ширина оголовка в конце, м.

z - показатель степени, определяется по формуле (14):

, (14)

где К - коэффициент формы воронки размыва, определяемый по графику на рисунке 8;

- максимальная глубина размыва на данное время (п. 8.3.5), м;

- эталонный расход, .

Приближенно в средних условиях показатель степени можно определять по формуле (15):

, (15)

полученной из формулы (14) при К = 0,8 и .

8.2.2. Гидравлические характеристики потока на укреплении при уклонах лога определяют по приводимым ниже формулам лишь при коэффициенте шероховатости укрепления . В остальных случаях расчет следует проводить с помощью программных средств, основанных на математической модели протекания потока, приведенной в [4].

Принимают максимальную скорость на укреплении (16):

(16)

Скорости v на укреплении определяют из уравнения (17):

, (17)

где - скорость на оси потока на расстоянии х от конца оголовка, м/с;

у - расстояние от оси потока (середины укрепления) до данной точки, м;

- половина ширины растекания, м.

Осевая скорость задается соотношением (18):

. (18)

Формулами (17), (18) можно пользоваться в диапазоне .

Глубины на укреплении при определяют из формул (19) и (20):

; (19)

, (20)

Для упрощения расчетов величины v(x, y), h(x, y) можно определять по графикам. Графики для определения глубины потока h и глубин по оси потока на укреплении приведены на рисунках 9 и 10, скоростей потока v - на рисунке 11.

Ширина растекания потока на укреплении определяется по формуле (21):

. (21)

Здесь параметры М и N определяются соотношениями (22) и (23):

; (22)

, (23)

где - коэффициент Шези на укреплении, определяемый по формуле (24).

, (24)

где - средняя глубина потока в конце укрепления, принимаемая по формуле (12), м.

Для упрощения расчетов формулу (21) можно записать следующим образом (25):

, (25)

где , N, - параметры, определяемые соответственно по графикам (рисунки 12, 13) и таблице 3;

- коэффициент шероховатости дна;

0,015 - принятый в графике коэффициент шероховатости.

Таблица 3 - Поправочный коэффициент КМ

	Поправочный коэффициент при , равном						Поправочный коэффициент при , равном
	0,1	0,2	0,4	0,8			0,1	0,2	0,4	0,8
1,0	0,91	0,93	0,96	0,99		3,00	2,49	2,55	2,63	2,71
1,25	1,12	1,14	1,18	1,22		3,50	2,87	2,93	3,02	3,12
1,50	1,32	1,34	1,39	1,44		4,00	3,24	3,32	3,42	3,52
2,00	1,72	1,75	1,81	1,87		4,50	3,61	3,69	3,81	3,93
2,50	2,11	2,16	2,23	2,30		5,00	3,98	4,06	4,20	4,33

8.3. Расчеты размыва

8.3.1. Поток, попадая с укрепления на размываемый грунт лога, образует в нем воронку, приближенно имеющую в плане форму эллипса, в пространстве - форму эллиптического конуса (рисунок 14, а). Высота этого конуса, равная максимальной глубине размыва за данное время, зависит от уклона, формы и размеров трубы; величины и продолжительности паводка; уклона, формы и характеристик грунтов лога. С увеличением продолжительности паводка возрастает, достигая своей предельной величины лишь за бесконечно большое время.

В настоящих Методических рекомендациях является основной расчетной величиной, определяющей тип и размеры укреплений, а используется как параметр в формуле для нахождения .

8.3.2. В ряде случаев при уклонах лога за воронкой размыва ниже по течению возможно образование промоины (канавы), которое приводит к увеличению глубины размыва на величину, равную глубине канавы на ее входе (рисунок 14, б). В зависимости от гидравлических характеристик потока, уклона и грунтов лога промоина может иметь либо ограниченный характер, либо развиваться на всем протяжении лога. В последнем случае необходимы специальные меры защиты, так как это угрожает сохранности водопропускного сооружения.

8.3.3. В воронке размыва возможны два режима протекания потока: поверхностный (рисунок 14, а) и донный (рисунок 14, б).

Донный режим характеризуется наличием поверхностного вальца и донного транзитного потока. Глубина размыва при этом режиме наибольшая.

Поверхностный режим характеризуется наличием донного вальца и поверхностного транзитного потока. Размыв при этом режиме существенно (в 1,5-2 раза) меньше, чем при донном. Устойчивый поверхностный режим может быть обеспечен лишь специальными устройствами, к числу которых относится ребро в конце укрепления и гасители.

8.3.4. Для защиты нижнего бьефа от размывов рекомендуются следующие 3 основных типа выходных русел (рисунок 6). Тип 1 представляет собой укрепление с концевой частью в виде предохранительного откоса, тип 2 - то же с вертикальной стенкой. Тип 3 отличается от типа 1 наличием ребра в конце укрепления.

Во всех типах выходных русел эффективно применение каменной наброски в концевых частях. Соответствующие номера типов выходных русел помечены индексом "к".

8.3.5. Максимальные глубины размыва при уклонах лога определяют по формулам:

а) в выходных руслах без каменной наброски (26)

; (26)

б) в выходных руслах с каменной наброской (27)

, (27)

где и - соответственно предельная и максимальная глубины размыва в заданном выходном русле при отсутствии каменной наброски; (п. 8.3.7);

- коэффициент, учитывающий время прохождения паводка (п. 8.3.9);

- удельный объем каменной наброски на единицу ширины укрепления, , со средним диаметром камня , мм;

А - коэффициент, принимаемый в выходных руслах с вертикальной стенкой или предохранительным откосом в конце укрепления равным 0,13, в выходных руслах без них - 0,5;

d - расчетный диаметр частиц грунта (п. 8.3.8), мм.

Для эффективной работы камня в наброске объем его следует задавать в пределах , а крупность - не менее полученной из выражения (28):

(28)

Минимальный и максимальный удельные объемы камня определяют по формулам (29) и (30):

(29)

(30)

При расчет размыва следует производить без учета наброски.

При глубину размыва определяют по формуле (31):

(31)

8.3.6. Максимальные глубины размыва при уклонах лога определяют по формулам:

а) в выходных руслах без каменной наброски (32):

; (32)

б) в выходных руслах с каменной наброской (33):

, (33)

где - глубины размыва выходного лога за счет возможного образования пробоины (канавы) в ее начале (пп. 8.3.10 - 8.3.14), м.

При минимальный объем камня в рисберме определяют по формуле (29); поправку на избыток камня не вводят.

8.3.7. Предельные глубины размыва определяют по формуле (34):

, (34)

где Q - расчетный расход (раздел 6.1), ;

L - длина укрепления, м;

b - ширина отверстия сооружения, для одноочковых труб равна диаметру, для многоочковых труб - сумме отверстий очков, м;

- масштабный коэффициент; м;

- эталонный расход;

- коэффициент, учитывающий тип концевой части выходных русел; при наличии предохранительного откоса , при наличии вертикальной стенки , для выходных русел с ребром независимо от наличия стенки, для укреплений в виде каменной наброски ;

r, S - коэффициент и показатель степени, значения которых для различных типов выходных русел приведены в таблице 4;

- показатель степени, равный 1 для выходных русел из связных между собой элементов, 5/2 для недеформируемых русел и 10/3 для деформируемых и самоотмосток.

Таблица 4 - Значения коэффициента r и показателя степени S для различных типов выходных русел

Тип выходного русла	Коэффициент r	Показатель степени S	Относительный граничный расход
1, 1к	0,9	0,6	Без ограничений
2, 2к	0,9	0,6	То же
3, 3к	0,6	0,4	1,0
I, II, III	1,0	0,6	Без ограничений

В последнем столбце таблицы 4 выписаны граничные значения , при превышении которых в формулу (34) вместо Q/Qк должны подставляться эти значения.

8.3.8. При расчете размывов грунты в логе подразделяются на связные и несвязные. К несвязным грунтам относятся крупнообломочные и песчаные грунты, не обладающие свойством пластичности (раскатывания).

К связным относятся глинистые, суглинистые и супесчаные грунты с числом пластичности более 0,01, а также глинистые и песчаные грунты при степени заторфованности (содержании растительных остатков) более 10%.

Расчетный диаметр частиц однородного несвязного грунта определяют по формуле (35):

, (35)

где - содержание по массе в процентах i-й фракции со средним диаметром частиц .

К однородным несвязным следует относить грунты, удовлетворяющие условию , где - средний диаметр крупных частиц, которые составляют 5% от массы грунта или диаметр самой крупной фракции, если она составляет не менее 5% от массы грунта.

Расчетный диаметр связного грунта d, мм, определяют по формуле (36):

, (36)

где - расчетное сцепление, МПа, которое определяют на основании стандартных методов испытаний образцов в состоянии капиллярного водонасыщения при полной влагоемкости с учетом возможного (вероятного) отклонения значения сил сцепления от нормативных; для предварительных расчетов значение для глинистых грунтов можно принимать по данным СП 22.13330.2016, а для торфов - по [4, таблица 5].

8.3.9. Коэффициент в формуле (26) при пропуске постоянного расхода Q в течение времени рассчитывают по формулам (37) и (38):

, (37)

где:

, (38)

причем в случае наличия гасителей граничные значения определяют по таблице 4.

Для реальных гидрографов расчетное время определяется зависимостью (39):

t = 0,5W / Q, (39)

где W - объем стока за время паводка.

Для более точного учета фактора времени, особенно при гидрографах сложной формы (многопиковых и т.п.), рекомендуется пользоваться методикой расчета, изложенной в [4, приложение 7.3].

Для определения значения наряду с формулой (37) можно пользоваться графиком на рисунке 15. Для приближенных расчетов можно принимать: для несвязных грунтов ; для связных - .

8.3.10. Глубину промоины определяют в такой последовательности.

Вычисляют ширину потока , при которой скорость в логе равна неразмывающей по формуле (40):

. (40)

Коэффициент шероховатости лога определяется по СП 100.13330.2016 (приложение М).

Для одернованных логов принимают м/с, а во всех остальных случаях вычисляется по следующей зависимости (41):

, (41)

где - эквивалентный диаметр грунта лога (п. 8.3.8).

Величину сравнивают с шириной лога (для явно выраженного лога) либо с предельной шириной растекания потока на наклонной плоскости (42):

, (42)

где М находят по формуле (22).

Если либо , то размыв дна лога может происходить на большой длине и сопровождаться значительным понижением отметок, в том числе и у концевой части укрепления.

В этом случае необходимо принимать специальные меры защиты: устраивать перепады, укреплять лог до его подошвы или на значительном протяжении.

В противном случае определяют положение створа , в котором прекращается размыв, и глубину потока в нем - по формулам (43) и (44):

; (43)

, (44)

где величину N определяют из формулы (21), приняв (45):

(45)

8.3.11. Производят расчет параметров (ширины и глубины потока) на входе в канаву. Вначале определяют максимальную глубину размыва для случая отсутствия промоины (канавы) по формуле (26). Затем находят (в первом приближении) расстояние от выхода из трубы до входа в канаву (46):

, (46)

где m - коэффициент заложения откоса укрепления. Если , то полагают .

Вычисляют ширину растекания в створе начала канавы по формулам (21)-(23).

Находят ширину и глубину потока на входе в канаву при стабилизации размыва по формулам (47) и (48):

(47)

(48)

Если , то принимают , а вычисляют по формуле (48), в противном случае к расчету принимают и , вычисленные по формулам (47) и (48).

8.3.12. Определяют среднюю глубину потока в канаве (49):

(49)

8.3.13. Определяют глубину размыва канавы по формуле (50):

, (50)

где коэффициент Шези С определяют при по формуле (51):

(51)

Коэффициент шероховатости канавы n _кан определяется по СП 100.13330.2016 (приложение М).

8.3.14. Определяют уточненное расстояние от выхода из трубы до входа в канаву (52):

(52)

Если , то заменяют на и производят повторный расчет канавы.

Если м, то либо увеличивают отверстие сооружения, либо принимают специальные меры защиты (устраивают перепады, консольные сбросы и т.п.).

8.4. Назначение основных размеров выходных русел

8.4.1. Исходными данными для назначения основных размеров выходных русел являются гидравлические характеристики потока в нижнем бьефе (глубины, скорости и границы растекания) и глубины размыва. В результате расчетов определяют длину и ширину укрепления на выходе из трубы, глубину заложения концевой части, мероприятия по уменьшению размывов за укреплением (гасители, размер каменной рисбермы и т.д.).

8.4.2. Расчет основных размеров выходных русел выполняют в такой последовательности:

1. Предварительно назначают тип выходного русла из числа рекомендованных (рисунок 6), исходя из следующих соображений:

а) для полностью загруженных труб (т.е. работающих при расчетных заполнениях) рекомендуются типы 1к и 2к;

б) для недогруженных труб применяют типы 1 или 2;

в) в качестве вариантов для труб при расчетном заполнении и особенно при больших уклонах лога ( больших 0,05) применяют типы 3 (3к).

2. Определяют глубины и скорости потока на выходе из труб и на укреплении согласно рекомендациям главы 6.

3. Назначают тип и длину укреплений, принимая ее равной (из конструктивных соображений) .

4. Определяют глубину размыва на выходе из труб. При глубине размыва м переходят на другой тип выходного русла, обеспечивающий снижение размыва, и расчет повторяют. При м увеличивают отверстие сооружения либо принимают специальные меры защиты.

5. Определяют глубину заделки концевой части.

6. Определяют ширину растекания потока.

7. Определяют ширину укреплений и устанавливают их окончательные размеры.

8.4.3. Тип и материал укреплений устанавливают по величине максимальной скорости на укреплении, сравнивая ее с допускаемыми скоростями для укреплений, приведенными в [4, таблица 2.9].

8.4.4. Глубину заложения концевой части укрепления определяют по формуле (53):

, (53)

где - максимальная глубина размыва в заданном выходном русле без учета размыва канавы применительно к конкретным гидравлическим условиям (характеру растекания, наличию каменной наброски, влиянию ширины лога);

m - коэффициент заложения откоса (для вертикальной стенки m = 0). При изменяют тип выходных русел.

8.4.5. Ширину растекания потока при уклонах лога определяют по формуле (13), при - по формуле (21).

8.4.6. Ширину укрепления на всей длине, за исключением концевой части (длину ее принимают равной 1 м), устанавливают по ширине растекания потока с запасом в 1 м в каждую сторону.

Допускается уменьшать ширину укрепления из жестких бетонных элементов, ограничив ее либо изолиниями скоростей на укреплении, равных допускаемым скоростям для грунтов выходного лога, либо заменив часть укрепления наброской из щебня или камня определенной крупности на участке, где скорости потока не превышают допускаемых для указанного материала. Такое сокращение ширины укрепления допускается на всей длине его, за исключением концевой части.

В качестве расчетной ширины укрепления в концевой его части принимают большую из величин: ширину растекания в конце укрепления и , определяемую по формуле (54):

, (54)

где - минимальная ширина укрепления, соответствующая ширине воронки размыва в створе конца укрепления;

К - коэффициент формы воронки размыва (рисунок 8);

- коэффициент, при предохранительном откосе и - при концевой части в виде вертикальной стенки.

После назначения ширины укрепления производят окончательную ее корректировку. Форма укрепления в плане может быть прямоугольной или трапецеидальной, причем с прямоугольными или ступенчатыми границами.

8.4.7. В выходных руслах с каменной наброской камень укладывают по всей ширине укрепления в приготовленный котлован так, чтобы верх его находился не менее чем на 0,5 м ниже поверхности земли. При уклонах лога и возможности образования промоины в выходном логе камень следует укладывать на 0,5 м ниже дна промоины у концевой части.

При назначении удельного объема камня в рисберме следует учесть, что за счет его варьирования можно существенно сократить глубину размыва.

8.4.8. Рациональные типы и размеры укреплений выбирают на основе технико-экономического сравнения вариантов выходных русел.

8.5. Особенности гидравлического расчета выходных русел с укреплениями из каменной наброски

8.5.1. Гидравлические расчеты выходных русел с укреплениями из каменной наброски включают:

а) оценку однородности каменного материала;

б) определение минимальной крупности однородного камня или проверку устойчивости неоднородной наброски по ее гранулометрическому составу;

в) определение толщины наброски - для недеформируемых выходных русел;

г) определение деформаций укреплений и установление на их основе минимальных плановых размеров укреплений для деформируемых выходных русел.

Дальнейшие расчеты выходных русел с укреплениями из каменной наброски (определение глубин размыва за укреплениями, глубин заложения их концевых частей, а также окончательное определение ширины укрепления) являются общими для всех типов выходных русел и излагались выше (раздел 8.3). Однако в связи с некоторой спецификой указанных расчетов для выходных русел из каменной наброски они рассматриваются и в настоящем разделе с акцентированием на особенности расчета и ссылкой на общие формулы.

8.5.2. Рекомендуемые типы выходных русел с укреплениями из каменной наброски рассмотрены выше и изображены на рисунке 7.

8.5.3. Гидравлические расчеты указанных выходных русел, общие для всех типов, выполняют в изложенной ниже последовательности. Специфические особенности каждого из типов излагаются в соответствующих пунктах.

1. Устанавливают, является ли наброска однородной в отношении размыва из условия (55):

, (55)

где - средний диаметр крупных частиц, которые составляют не менее 5% массы наброски, м;

- средний диаметр частиц наброски, м.

При несоблюдении условия (55) каменная наброска неоднородна.

2. Для однородной наброски определяют минимальный диаметр ее частиц (56), м, при котором укрепление будет устойчивым от размыва:

, (56)

где - скорость на выходе из сооружений (раздел 6.2), м/с.

3. Для неоднородной наброски, заданной своим гранулометрическим составом, устанавливают, будут ли устойчивы ее частицы под воздействием потока исходя из любого из двух приведенных ниже условий (57) и (58):

(57)

, (58)

где Q - расход в сооружении, ;

, - соответственно предельный расход, , и предельная скорость, м/с, при которой наброска сохраняет устойчивость против размыва;

- коэффициент, учитывающий влияние на величину предельного расхода, при котором сохраняется устойчивость наброски;

- коэффициент неоднородности грунта, учитывающий влияние гранулометрического состава наброски на ее устойчивость;

- показатель степени.

В свою очередь

, (59)

где - средний диаметр частиц наброски, м.

В формулах (58) и (59) и - это соответственно диаметр частиц, м, и весовое содержание самой мелкой фракции, которой в наброске содержится не менее 10%, т.е. . В случае, если ее содержание составляет менее 10%, под понимают средний диаметр частиц смеси, состоящей из самой мелкой фракции и последующих фракций, дополняющих ее до 10%, т.е. ;

, (60)

где , - соответственно весовая доля и средний диаметр, м, фракций, дополняющих мелкую фракцию до 10%.

Если по формуле (59), получают ,то принимают .

При соблюдении условий (57) и (58) укрепление из неоднородной наброски будет устойчивым и неразмываемым. В противном случае укрепление будет размываемым, и для определения его устойчивости выполняют дополнительные расчеты.

4. Определяют минимально допустимый диаметр частиц наброски по формуле (56), считая ее однородной.

5. Сравнивают полученный диаметр частиц наброски со средним диаметром частиц наиболее крупной фракции , содержащейся в ней.

При укрепление может работать как самоотмостка, а возможность применения его для заданного сооружения может быть определена специальным расчетом для данного типа укреплений (п. 8.5.7).

При наброска неустойчива и не может быть использована для защиты выходных русел сооружения от размыва. Ее требуется заменить наброской с частицами большей крупности или другим типом выходных русел.

8.5.4. Толщину слоя наброски , при которой укрепление будет недеформируемым, определяют по формулам:

а) для наброски, состоящей из нескольких фракций (61):

, (61)

где - коэффициент, учитывающий влияние оголовка на глубину деформации наброски.

При наброску считают однородной со средним диаметром частиц , для чего в формуле (61) условно принимают .

б) для наброски, состоящей из одной фракции (62):

(62)

Для несвязных грунтов средний диаметр частиц отдельной фракции (63), мм:

, (63)

где - весовая доля фракции, %.

Для связных грунтов расчетный диаметр d, мм, определяют по формуле (36).

Для наброски, состоящей из нескольких слоев различного гранулометрического состава (например, при наличии щебеночной подготовки), вместо подставляют эквивалентный диаметр (64):

, (64)

где и , и , ..., и - соответственно средний диаметр и толщина первого, второго, и n-го слоя наброски, м.

Полная толщина всех слоев наброски, м, .

По этой же формуле (64) вычисляют для каждого слоя средний диаметр мелкой фракции , м.

8.5.5. Определяют размеры укрепления:

1) назначают длину укрепления согласно рекомендациям (п. 8.4.2)

2) определяют ширину растекания потока по формуле (13) или (21);

3) назначают размеры укрепления в плане, м, с учетом принятой длины укрепления:

в створе на выходе из оголовка

в конце укрепления

где 2 и 1 м - запас в ширине укрепления, назначаемый соответственно по 1 и 0,5 м с каждой стороны укрепления.

Далее определяют глубину размыва, глубину заложения концевой части и назначают ширину укрепления в этом месте согласно рекомендациям, изложенным ниже в п. 8.5.8.

8.5.6. Предельную глубину деформации укрепления на неразмываемых деформируемых выходных руслах за счет выноса грунта из-под него определяют по формулам (65) и (66):

а) для наброски, состоящей из нескольких фракций

(65)

При считают наброску однородной со средним диаметром частиц . Для чего в формуле (65) условно принимают ;

б) для однородной наброски

(66)

При наличии в наброске слоев разного гранулометрического состава в формулу (65) вместо и подставляют и определяемые по формуле (64).

Толщиной слоя наброски задаются, принимая ее равной не менее .

Расстояние, м, от выхода из трубы до месторасположения предельной глубины деформации укрепления (67):

(67)

Устанавливают предельную глубину деформации укрепления у выходного сечения сооружения (68):

(68)

При м либо изменяют параметры укрепления из каменной наброски (толщину слоя, крупность камня и т.п.), либо применяют иной тип укрепления.

Определяют минимальные размеры укрепления в плане исходя из размеров воронки деформаций (69):

, (69)

где L и В - соответственно длина и ширина укрепления.

Длину укрепления L, вычисленную по формуле (69), принимают для дальнейшего расчета.

Назначают ширину укрепления, м:

а) в конце оголовка труб

(70)

б) в конце укрепления при принимают по большему из значений и В, определяемой по формуле (69); при принимают по большему из значений В и , вычисляемой по формуле (13) или (21), но не менее .

8.5.7. Расчеты выходных русел самоотмосток.

Последовательность расчетов следующая:

а) вычисляют параметр (71):

(71)

здесь , (72)

где .

б) по гранулометрическому составу наброски вычисляют сначала средний диаметр первой (самой крупной) фракции (причем ее должно быть больше 5%, т.е. ), принимая его за ;

в) сравнивают с .

Если , то в расчет включают следующую фракцию (или ее часть) и так продолжают до тех пор, пока не будет соблюдено условие с точностью до 5%.

Если будет меньше для всех фракций, то отмостка не образуется, и предельные глубины деформации определяют как для однородного грунта по формуле (34), принимая , а максимальные глубины - по формулам (26), (33).

Если для частиц самой крупной фракции, которых в наброске более 5%, , то эти частицы определяют отмостку.

2. Определяют максимальную глубину размыва в неоднородной наброске (73):

, (73)

где - максимальная глубина размыва в наброске со средним диаметром частиц , определяемая по одной из формул (27) или (33) при ; здесь - предельная глубина размыва в наброске со средним диаметром частиц , м, определяемая по формуле (34) при .

3. Принимают толщину слоя наброски в укреплении

Дальнейший расчет деформируемых выходных русел ведут согласно п. 8.5.6, начиная с формулы (67), подставляя вместо глубину , вычисленную по формуле (73).

При значительных глубинах размыва в выходном сечении сооружения м, вычисленных по формуле (68), целесообразно выходные русла самоотмостки заменять на иные типы выходных русел.

8.5.8. Размыв за укреплениями, определение их размеров и глубины заделки концевых частей в выходных руслах из каменной наброски.

Расчеты выполняют в следующей последовательности.

1. Определяют предельную глубину размыва в грунте лога за укреплением по формуле (34).

2. Определяют максимальную глубину размыва по формулам (26) или (33).

3. Сравнивают толщину наброски с максимальной глубиной размыва .

При назначают выходное русло типа I (рисунок 7), для которого принимается глубина заложения концевой части , и дальнейший расчет ведут, начиная с п. 8 настоящего раздела.

При за укреплением назначают рисберму из камня крупностью , (выходное русло типа II) и продолжают расчет.

4. Определяют максимальную глубину размыва за укреплением при наличии там рисбермы из каменной наброски по формулам (31), (33). При этом принимают удельный объем камня в рисберме (исходя из крутизны откосов рисбермы: верхового 1:1, низового 1:1,5 и глубины ).

5. Сравнивают с

При выходное русло типа II принято правильно, и глубина заложения концевой части укрепления равна .

При указанный тип выходного русла будет неустойчив, и его заменяют выходным руслом типа III.

6. Для случая (выходное русло типа II) пересчитывают глубину рисбермы при глубине ее заложения по формуле (74):

(74)

Дальнейший расчет для этого типа русел ведут, начиная с п. 8 настоящего раздела.

7. Для случая (выходное русло типа III) глубину заложения концевой части укрепления в выходных руслах типа III находят из уравнения (75):

, (75)

где коэффициенты М и N определяют по формулам (76) и (77):

(76)

(77)

8. Определяют ширину воронки размыва в конце укрепления для всех типов выходных русел по формуле (54) при .

9. Сравнивают ширину воронки размыва с шириной в конце укрепления (п. 8.5.6) и в качестве расчетной ширины укрепления в концевой его части В _ук принимают большее из этих значений.

Протяженность концевой части укрепления по длине (участок, имеющий ширину ) принимают равной 1 м.

При длине оставшейся части укрепления (без концевой части) менее 1 м назначают укрепление трапецеидальной формы в плане шириной на выходе из трубы и в конце укрепления - .

8.6. Выходные русла гофрированных труб, расположенных на подсыпке

8.6.1. Поток, выходящий из гофрированных труб, расположенных на подсыпке, сбрасывается либо на низовой откос, либо отбрасывается за ее подошву путем устройства консольного сброса (или, как вариант, рассеивающего трамплина), либо, наконец, сбрасывается в нижний бьеф путем устройства шахтного сброса.

Расчет консольных сбросов и рассеивающих трамплинов приведен в [4, глава 4], а определение гидравлических характеристик потока в нижних бьефах шахтных сбросов может выполняться по тем же зависимостям, что и для укреплений за трубами, изложенным выше в настоящей главе.

Особенности определения гидравлических характеристик потока при сбросе воды на низовой откос насыпи излагаются ниже.

8.6.2. Возможны следующие варианты сброса потока на низовой откос насыпи:

а) сброс потока непосредственно на укрепленный монолитным бетоном или омоноличенными плитами откос насыпи (рисунок 16, а);

б) сброс потока на отсыпку из камня, расположенную в низовой части насыпи (рисунок 16, б).

При сбросе потока на укрепленный откос насыпи или на отсыпку из камня для снижения динамического воздействия потока устраивают берму.

8.6.3. При сбросе потока на укрепленные откосы насыпи расчеты выполняют в следующей последовательности.

1. Определяют минимальный размер бермы вдоль потока по формуле, полученной из уравнения свободного падения тела (78):

, (78)

где 1,2 - коэффициент запаса.

2. Определяют ширину растекания потока на берме (эта ширина сохраняется на откосе насыпи) (79):

, (79)

где - ширина растекания потока на берме в створе, проекция расстояния которого от выхода из трубы равна x;

D - диаметр трубы;

- длина бермы вдоль потока;

- эталонный расход, т.е. расход, при прохождении которого критическая глубина в сооружении равна 0,75D.

Ширину растекания потока на берме можно также определить по зависимости (21), соответствующей уклону лога , так как на берме, за которой следует откос насыпи, водоотводные зоны, сжимающие поток, не образуются, и кинематика потока соответствует указанному случаю.

По ширине растекания назначают ширину укрепления бермы.

3. Определяют скорости и глубины потока на сходе его с бермы по зависимости (17) - (19) и назначают по этим характеристикам тип укрепления [4, таблица 2.9].

4. Определяют глубины и скорости потока у подошвы откоса либо на основе математической модели, либо с некоторым приближением находят среднюю глубину потока по уравнению неравномерного движения [4, глава 2], считая ширину потока на откосе равной ширине растекания на сходе с бермы . Можно также (дополнительно) принять среднюю глубину потока у подошвы откоса равной нормальной глубине, считая сечение потока прямоугольным (80):

, (80)

где и n - соответственно заложение и коэффициент шероховатости укрепленного откоса.

При расчете средних глубин у подошвы откоса по уравнению неравномерного или равномерного движения скорости у подошвы откоса определяют по формуле (81):

. (81)

5. По скоростям и глубинам у подошвы откоса назначают тип укрепления откоса [4, таблица 2.9].

8.6.4. При отводе воды на берму и откос насыпи, отсыпанной из камня, гидравлические характеристики потока определяют, рассматривая подсыпку как фильтрующую насыпь, через которую сбрасывается поток в нижний бьеф (рисунок 17). Расчет ведут в следующем порядке:

1. Определяют скорости на выходе из трубы согласно рекомендациям главы 6.

2. Устанавливают, является ли наброска однородной или нет, и определяют ее устойчивость от размыва согласно п. 8.5.3 по формулам (55) - (60).

3. Определяют минимальный размер бермы вдоль потока, при котором поток, вытекающий из трубы, не попадает непосредственно на откос, по формуле (78).

4. Вычисляют ширину растекания потока на берме по формуле (79) с введением в нее понижающего коэффициента 0,6, учитывающего особенности работы каменной наброски по сравнению с бетонным укреплением. На откосе эта ширина сохраняется. Можно также определить ширину растекания потока на основе двухмерной математической модели или по формуле (80).

5. Назначают протяженность участка насыпи, отсыпанного из камня, - ширину фильтрующей части подсыпки . В первом приближении принимают .

Далее каменная наброска рассматривается как фильтрующая насыпь (переливаемая или непереливаемая).

6. Определяют нормальную глубину фильтрационного потока, принимая его сечение прямоугольным и предполагая, что весь расход профильтруется через подсыпку (82):

, (82)

где - коэффициент заложения откоса косогора;

- коэффициент фильтрации наброски.

Для однородной наброски коэффициент фильтрации определяют [4, таблица 8.1], для неоднородной по формуле (83):

, (83)

где - коэффициент фильтрации для однородной наброски, имеющей диаметр частиц , равный среднему диаметру частиц неоднородной наброски;

, - пористость соответственно однородной и неоднородной наброски.

Средний диаметр частиц наброски:

,

где - средний диаметр частиц отдельной фракции;

- весовая доля фракции.

7. Определяют глубину фильтрационного потока H в створе конца трубы (рисунок 17) из уравнения (84):

, (84)

где - проекция расстояния от конца трубы до точки пересечения откосов отсыпки и косогора в случае отсутствия подтопления со стороны нижнего бьефа или до створа, проходящего через урез воды в нижнем бьефе, при подтоплении;

, - функции относительных глубин соответственно в створе конца трубы и конца подсыпки , определяемые при прямоугольном сечении наброски [4, по табл. 8.4]; иные формы сечений приводят к прямоугольным.

При отсутствии подтопления со стороны нижнего бьефа уравнение (84) имеет вид (85):

(85)

8. Определяют устойчивость низового откоса подсыпки из условия (86):

, (86)

где z - разность отметок уровней в створах конца трубы и конца подсыпки;

- предельная разность, при превышении которой нарушается устойчивость откоса подсыпки.

В свою очередь:

; (87)

, (88)

где - угол естественного откоса каменной наброски, равный 35-36°;

;

- угол наклона низового откоса к горизонту.

При соблюдении условия (86) расчет заканчивают, в противном случае уполаживают откос, вновь производят проверку условия (86) и так продолжают до его удовлетворения.

9. Проверяют устойчивость основания насыпи от размыва при ламинарной фильтрации. Для этого сравнивают глубину Н с предельной глубиной , обеспечивающей устойчивость против ламинарной фильтрации (89):

, (89)

где - коэффициент, определяемый по [4, таблица 8.2].

При устойчивость против ламинарной фильтрации обеспечена, в противном случае или увеличивают ширину фильтрующей прослойки и повторяют расчет, или устраивают в основании обратный фильтр.

10. Сравнивают глубину потока Н с толщиной подсыпки в сечении, проходящем через конец лотка трубы на выходе . При весь поток профильтрует внутрь подсыпки, при часть расхода попадет на откос подсыпки.

11. Для случая устанавливают, не выходит ли поток на откос подсыпки. Для этого делят расстояние на 4-5 равных частей и в конце каждой из них (считая от конца подсыпки) определяют глубину потока по уравнению (84) или (85), подставляя вместо расстояния от конца подсыпки (84) до рассматриваемых створов. Затем в каждом из сечений устанавливают толщину подсыпки . При однообразном уклоне косогора для этой цели можно воспользоваться формулой (90):

(90)

При этом возможны два случая:

1) - весь поток фильтрует через подсыпку (безнапорная фильтрующая подсыпка);

2) - часть потока выходит на поверхность откоса (напорная фильтрующая подсыпка).

Рассмотрим случай 1 .

12. Находят расчетную глубину фильтрационного потока, определяющую максимальные скорости турбулентной фильтрации:

а) при отсутствии подтопления со стороны нижнего бьефа по формуле (91):

, (91)

где - коэффициент кинетической энергии; ;

p - пористость наброски;

- коэффициент, учитывающий образование в порах каменной наброски застоя воды; .

б) при наличии подтопления:

,

где - глубина в нижнем бьефе в конце подсыпки.

13. Определяют максимальную скорость турбулентной фильтрации по формуле (92):

(92)

14. Сравнивают с допускаемыми скоростями для грунтов основания насыпи .

При устойчивость основания от турбулентной фильтрации обеспечивается, в противном случае - нет. Для достижения устойчивости делают вырезку грунта и заменяют его грунтом с . Толщина вырезки должна обеспечить возможность укладки не менее трех слоев частиц грунта общей толщиной не менее 8-10 см.

15. Устраивают обратный фильтр у подошвы подсыпки высотой не менее .

Рассмотрим случай 2 .

16. Устанавливают расстояние от конца подсыпки до места выклинивания потока на откос (93):

(93)

17. Определяют толщину фильтрующей подсыпки, равную глубине фильтрации потока , в месте выклинивания потока на откос (94):

(94)

18. Делят расстояние на 3-4 равные части и в конце каждого сечения подсыпки (считая от ее конца) определяют фильтрационный расход (95):

, (95)

где - толщина подсыпки в рассматриваемом створе;

Q - полный расход сооружения.

19. Определяют средние скорости турбулентной фильтрации (96):

(96)

20. Определяют максимальную скорость турбулентной фильтрации (97):

(97)

21. Сравнивают с допускаемыми скоростями для грунтов основания подсыпки.

При устойчивость основания подсыпки от турбулентной фильтрации обеспечивается, в противном случае - нет.

Для обеспечения устойчивости требуется произвести вырезку грунта и заменить его грунтом с . Толщина вырезки должна быть не менее трех слоев частиц грунта общей толщиной не менее 8-10 см.

22. Устанавливают расход потока , протекающего на откосе подсыпки в различных сечениях на участке от места выклинивания потока до конца подсыпки (98):

(98)

23. Определяют глубину потока на откосе подсыпки из уравнения Шези при С = 1 / n (как для быстротечного режима) (99):

, (99)

где - коэффициент заложения низового откоса подсыпки;

n - коэффициент шероховатости откоса.

При n = 0,05 (для камня) (100):

(100)

24. Вычисляют скорость потока на откосе (101):

(101)

25. Определяют допускаемые скорости для камней наброски на откосе подсыпки по формулам п. 8.5.3:

а) при однородной наброске (102):

; (102)

б) при неоднородной наброске (103):

, (103)

где - коэффициент, учитывающий снижение устойчивости камней на откосе, вычисляется по формуле (104):

, (104)

где - коэффициент заложения откоса;

- коэффициент естественного заложения откоса; для камня , причем меньшее значение относится к грубооколотым камням, большее - к окатанным.

Значения , приведены в п. 8.5.3.

26. Определяют устойчивость каменной наброски на откосе подсыпки (105):

(105)

При несоблюдении условия (105) крупность камня на поверхности откоса увеличивается, причем укладывают не менее трех слоев требуемой крупности.

27. Назначают конструктивно обратный фильтр у подошвы откоса высотой 0,5 м и шириной понизу 1 м.

Последующий расчет одинаков для случаев а и б.

28. Назначают у подошвы откоса укрепление из каменной наброски, размеры приведены в разделе 8.5. При этом вычисляют глубины размыва, принимая длину укрепления равной сумме длин откоса подсыпки, укрепления у ее подошвы и ширины бермы.

9 Гидравлические расчеты труб, расположенных каскадом

При выполнении расчета равнинных труб в соответствии с алгоритмом, изложенным в главе 6, 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.

В соответствии с главой 6 определяются все расчетные характеристики низовой трубы, в том числе и подпор перед трубой и соответствующая ему отметка ПУВВ.

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

Во избежание заиливания низовой трубы выполняется проверка минимального расстояния , м, между концом укрепления верховой трубы и началом низовой по формуле (106):

, (106)

где - максимальная глубина размыва на выходе из верхового сооружения (глава 8);

- заложение предохранительного откоса укрепления верхового сооружения;

- заложение низового откоса воронки размыва верхового сооружения, определяется по таблице 5;

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

- глубина потока в нижнем бьефе верхового сооружения, м.

Таблица 5 - Заложение низового откоса воронки размыва верхового сооружения

1	2,0
2	5,5
3	5,5
4	4,5
6	3,5
8	3,0
10	2,7
	2,0

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

Библиография

[1]	Отраслевой дорожный методический документ 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)
[2]	Отраслевой дорожный методический документ ОДМ 218.2.087-2017	Рекомендации по проектированию и строительству водопропускных сооружений из спиральновитых металлических гофрированных труб
[3]	Отраслевой дорожный методический документ ОДМ 218.2.082-2017	Методические рекомендации по проведению гидравлических расчетов малых ИССО на автомобильных дорогах
[4]	Пособие	Пособие по гидравлическим расчетам малых искусственных сооружений. Под общей ред. Г.Я. Волченкова. Москва, "Транспорт", 1992 г.
[5]	Методические рекомендации	Методические рекомендации по определению деформаций дна и размеров укреплений за дорожными водопропускными трубами
[6]	Рекомендации	Рекомендации по расчету выходных русел дорожных водопропускных труб с укреплениями из каменной наброски