Документ містить методику гідравлічного розрахунку та рекомендації щодо застосування розсіювальних трамплінів у водопропускних спорудах на автомобільних дорогах. Він призначений для інженерів-проектувальників та будівельників для забезпечення ефективного водовідведення на косогорах.
Використовувати наведені таблиці координат для перевірки правильності проектування водовідвідних швидкотоків. Забезпечити контроль параметрів розсіювання струменя для захисту дорожнього полотна від розмивів.
Скачать документ
Формат .docx · доступно зарегистрированным пользователям
Государственный дорожный проектно-изыскательский и научно-исследовательский институт ГИПРОДОРНИИ
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ по гидравлическому расчету и применению рассеивающих трамплинов в дорожных косогорных водопропускных сооружениях
Утверждены
Минавтодором РСФСР
Протокол № 16
от 7 апреля 1976 г.
Москва 1981
В «Методических рекомендациях по гидравлическому расчету и применению рассеивающих трамплинов в дорожных косогорных водопропускных сооружениях» изложены вопросы гидравлического расчета конструкций двоякой кривизны - рассеивающих трамплинов, а также даны рекомендации области их применения.
Рассеивающие трамплины - это высокоэффективные сооружения, которые начинают применять в дорожном строительстве.
«Методические рекомендации» разработаны на основе исследований, проведенных в Саратовском филиале Гипродорнии и Саратовском политехническом институте, по теме ИС-05-70/75 и опытного строительства быстротоков с рассеивающими трамплинами, осуществленного на автодороге Саратов-Волгоград, по проектам Саратовского филиала Гипродорнии.
Для расчета конструкций рассеивающего трамплина в «Методических рекомендациях» даны таблицы безразмерных координат свободной поверхности потока, дна и давления в пределах трамплина, а также расчетных параметров следа струи.
«Методические рекомендации» составили д-р техн. наук Л.И. Высоцкий, канд. техн. наук Е.К. Купцов, инж. А.Н. Кочергин.
Замечания и предложения по «Методическим рекомендациям» просим направлять по адресам 410044, Саратов, проспект Строителей, 10, Саратовский филиал Гипродорнии; 109089, Москва, наб. Мориса Тореза, 34, Гипродорнии.
Зам. директора по научной работе, д-р техн. наук А.П. Васильев
1.1. В дорожных косогорных водопропускных сооружениях во многих случаях наиболее выгодным является сопряжение бьефов по типу отброшенной струи. В качестве концевых устройств применение рассеивающих трамплинов является особо перспективным. Рассеивающие трамплины позволяют получить потоки, имеющие в нижнем бьефе ширину, превышающую в несколько раз ширину входного сечения трамплина, что ведет к снижению удельных расходов потока на уровне нижнего бьефа и уменьшению глубин размыва.
1.2. Рассеивающий трамплин - это плавно расширяющийся в плане концевой участок быстротока, имеющий гладкое дно двоякой кривизны (см. пример конструкции трамплина, рис 1, 2). Предназначение рассеивающего трамплина - резко расширять бурный поток в плане и отбрасывать его на значительное расстояние от сооружения. При этом сбрасываемый поток продолжает веерообразно расширяться в полете, приобретая куполообразную форму. В результате след струи в месте её падения получает значительную протяженность.
1.3. Конструкции двоякой кривизны (рассеивающие трамплины) могут быть использованы вместо традиционно применяемых в дорожном строительстве концевых устройств быстротоков - гасителей-рассекателей и водобойных колодцев. Первые становятся малоэффективными при достаточно больших скоростях, а вторые весьма трудоемкие при строительстве и, кроме того, требуют дополнительных эксплуатационных затрат, так как в короткое время заиливаются. Применение рассеивающих трамплинов позволяет значительно сэкономить расход бетона и резко снизить трудоемкость производства работ за счет сборности конструкций. Элементы конструкций рассеивающих трамплинов могут изготавливаться на заводах и полигонах по производству железобетонных конструкций. Элементы конструкций рассеивающих трамплинов могут изготавливаться на заводах и полигонах по производству железобетонных конструкций.
1.4. В эксплуатационном отношении рассеивающие трамплины также имеют значительные преимущества, так как они обладают способностью самоочищаться. В течение короткого времени (несколько секунд) весь материал заиливания выбрасывается потоком из трамплина причем расход потока при этом может составлять 0,1 Qрасч..
1.5. Рекомендации по гидравлическому расчету рассеивающих трамплинов распространяются на случаи, когда отношение глубины потока к ширине на быстротоке ?? 0,3, числе Фруда - от 10 до 100 и уклоне быстротока от 0,15 до 1,00.
1.6. Для эффективной работы рассеивающего трамплина необходимо, чтобы скорость в его начальном сечении была V0 ?? 5 м/с, при уклоне быстротока l0 ³ 0,15.
Быстротоки с рассеивающими трамплинами работают устойчиво при расходах от 0,1 Qрасч. до 2,0 - 3,0 Qрасч..
Для предотвращения опасных размывов в нижнем бьефе достаточно иметь горизонтальную площадку в месте падания струи, а при необходимости в условиях эксплуатации заполнять воронку размыва каменной наброской.
1.7. Рассеивающие трамплины всегда рационально применять при отводе потоков в низины и овраги, при устройстве аварийных водосбросов, их практически возможно использовать во всех климатических зонах Советского Союза для любых грунтовых условий (кроме лесовидных и посадочных пород).
1.8. Строительство быстротоков с рассеивающими трамплинами вместо водобойных колодцев позволяет:
сократить объемы строительных работ; снизить стоимость строительства; сократить эксплуатационные расходы; повысить надежность работы водопропускных сооружений.
Сметная стоимость быстротоков с рассеивающими трамплинами в 1,8 - 2,0 раза меньше, чем у вариантов с водобойными колодцами.
1.9. Экономический эффект от замены быстротока с водобойным колодцем быстротоком с рассеивающим трамплином составляет свыше 3 тыс. руб.
Задача гидравлического расчета рассеивающих трамплинов относится к обратным задачам теории управления бурными потоками, суть которых заключается в том, что для потока с исходными параметрами течения требуется отыскать конструкцию с дном такой конфигурации, чтобы поток, взаимодействуя с ней, деформировался заранее требуемым образом. С этой целью удобно использовать уравнение свободной поверхности и уравнение неразрывности в специальных координатах.
Данный способ найденного решения весьма трудоемок и требует использования ЭВМ.
Расчет рассеивающих трамплинов производится в следующей последовательности
2.1. Исходя из топографических и других условий назначают угол расширения потока в плане 2αкк.
2.2. Назначают степень расширения потока в пределах трамплина
χ = В/b.
2.3. План крайней линии тока определяется зависимостью
(1)
где Р - рекомендуется принимать равным 5.
2.4. Задают продольный профиль крайней линии тока
(2)
показатель степени m следует принимать равным 2 ÷ 3, а β = 30° ÷ 35°.
2.5. Задают план промежуточных линий тока в виде:
α = nmαк. (3)
Если в месте падения потока имеется почти горизонтальная площадка, то следует принимать m = 1. При желании получить неравномерное рассеивание сбрасываемого потока (при заметно больших глубинах в средней части следа струи например, либо при необходимости получения меньших размывов у боковых границ струи), необходимо брать m = 0,5 ÷ 2.
2.6. По параметрам потока v0 и h0 в концевом сечении быстротока, установленным в результате предварительных гидравлических расчетов быстротока, определяют:
2.7. Параметры трамплина и потока вводят в программу расчета свободной поверхности и дна рассеивающего трамплина (в приложении даны таблицы результатов расчета z; zдн; x; y; Р в безразмерном виде).
2.8. Для получения размерных координат вычисляют характерную длину L0 по формуле
(4)
где b - ширина быстротока.
Если L0 больше чем 4 в, то необходимо уменьшить χ. Умножив безразмерные координаты дна рассеивающего трамплина на L0 получают его размерные координаты, по которым вычерчивают поперечные сечения рассеивающего трамплина.
2.9. Дальность отброса струи вычисляют по формуле:
(5)
где hn - высота падения потока.
Для нахождения плановых очертаний следа струи используются безразмерные значения A; F; ∂z/∂Sк которые даны в таблицах приложения.
2.10. Вычисляют удельный расход в месте падения струи:
а) если m = 1,0, то q ≈ Q/lсл;
б) если m ≠ 1,0, то
(6)
где A = ; F = ;
Ln - дальность отброса струи; γ - угол, составленный касательной к следу струи и осью трамплина.
Зависимость (6) дает возможность расчетным путем получить данные для построения эпюры распределения удельных расходов вдоль следа струи, если известны параметры потока (v; β; α) на сходе его с концевой кромки трамплина. Последние же определяются в результате расчета течения потока в пределах рассеивающего трамплина.
2.11. Глубину размыва вычисляют (с запасом) по видоизмененной формуле Б.И. Студеничникова:
(7)
где hн.б - глубина в нижнем бьефе
f2n - произведение квадрата коэффициента скорости на коэффициент, учитывающий раздробленность и аэрацию струи (до получения более точных данных рекомендуется принимать f2n = 0,6 ÷ 0,8), q - удельный расход в месте падения м2/с; dср. - средний диаметр частиц грунта, м.
Для расчета рассеивающего трамплина были приняты следующие основные данные:
расчетный расход Qрасч. = 0,5 м3/с;
уклон быстротока i = 0,50;
ширина входного сечения трамплина b = 0,65 м:
ширина концевого сечения трамплина В = 1,3 м;
степень расширения потока в пределах трамплина χ = B/bp = 2;
превышение носка трамплина над уровнем нижнего бьефа hн = 0,6 м;
угол отброса потока к горизонту βкк = 35°;
угол расширения потока в плане αкк = 90°.
План крайней линии тока принят в виде:
где Р - показатель степени, равный 5.
Продольный профиль граничной линии тока задан в виде:
где m = 3.
Расчет рассеивающего трамплина производится в следующей последовательности
3.1. Находим глубину потока в конце быстротока по формуле:
где n - коэффициент шероховатости, принят равный 0,012; i - уклон лотка быстротока; b - ширина лотка быстротока.
3.2. Находим отношение глубины зап
