Гидравлический расчет отверстий малых мостов и труб

Расходы воды от ливней и снегосостояния. Про­веркой норм стока является сопоставление расчетных величин стока по наблюдениям. Ливневые воды притекают к сооружениям по почти треугольному гидрографу. Поэтому расчетный расход в соору­жении оказывается меньшим, чем максимальный расход притока к не­му, в связи с аккумуляцией части объема стока в пруду перед соору­жением. Принцип предельных интенсивностей за­ключается в том, что за расчетную, самую опасную продолжительность ливня, принима­ют время до бегания воды от наиболее удален­ной точки бассейна до дороги. Таблица значений переходных коэффициентов:  составлена для задернованных поверхностей бассейнов. При продол­жительности ливня 5 мин и менее, коэффициент K_t достигает предель­ного значения K_t — 5,24. Этому соответствует полный сток, длительный приток воды с постоянным расходом Q_n0.

Таким образом, расчетная фор­мула расхода ливневого:

,  (IX.9)

а формула расхода полного стока (при K_t = 5,24 и ф = 1):

 Рас­четный максимальный расход талых вод для любых бассейнов опреде­ляется по редукционной формуле:

,
где hp — расчетный слой суммарного стока, мм, той же ВП, что и искомый максимальный расход; F—площадь водосбора, км²; k₀ — коэффициент дружности половодья; п — показатель степени; для рав­нинных водосборов (он принимается по табл.); δ₁ и δ₂ — коэффициенты, учитывающие сни­жение расхода на бассейнах, зарегулированных озерами, залесенных и заболоченных.

Малые водопропускные сооружения рассчитывают, обычно на пропуск лишь части расчетного ливневого расхода. На пропуск пол­ного ливневого расхода их следует рассчитывать только в случае пол­ного стока. Коэффициенты для малых водосборов, особенно при учете озерности в величине слоя стока, можно принимать равными 1, так как размещение озер на малых бассейнах—редкое явление, а лес на незна­чительных площадях может быть полностью сведен после строительст­ва автомобильной дороги.

 Расчётный расход.    В зависимости от глубины подтопления и типа входного оголовка в трубах могут устанавливаться следующие режимы протекания:

безнапорный режим — если подпор меньше высоты трубы на входе либо превышает ее не более чем на 20%; на всем протяжении трубы водный поток имеет свободную поверхность;

полунапорный режим — возникающий при оголовках обычных ти­пов (портальных, раструбных) в тех случаях, когда подпор превышает  высоту трубы на входе более чем на 20%; на входе труба работает пол­ным сечением, а на всем остальном протяжении поток имеет свободную поверхность;

напорный режим — устанавли­вающийся при специальных вход­ных оголовках обтекаемой формы  и при подтоплении верха трубы на входе более чем на 20%; на большей части длины труба работает полным сечением и лишь у выхода поток может от­рываться от потолка трубы.

Приближенные расчетные формулы пропускном способности труб, соответствущие трем режимам протекания воды в трубах, следующие:

       а)безнапорныйрежим (аналогия - водослив с широким порогом)

,

Qс - расход воды, проходящей в сооружении;

ω-площадь сжатого сечения в трубе, вычисляемая при глубине hс = 0,5H;

φ_б -коэффициент скорости.

Зная, что глубина в сжатом сечении меньше критической и приблизительно равна

hс =0,9h_К, можно записать

и

Далее, зная связь между глубинами Н и h_с, выражаемую формулой

получаем при обычном ф_б = 0,82 - 0,85 (для всех оголовков, кроме обтекаемого, обеспечивающего протекание по напорному режиму)

Тогда    

Для прямоугольных сечений w_c=0,5 bН и

Или  

что соответствует коэффициенту расхода водослива т = 0,30.

б) полунапорный режим (аналогия - истечение из-под щита)

где h_с ~0,6h_т; h_т - - высота входа в трубу. При обычных значениях φ_п = 0,85 и E = 0,6

Полная площадь сечения входа легко вычисляется для прямоугольного и круглого сечений;

          в) напорный режим (аналогия -истечение из трубопровода)

где h_то и ω_то - площадьсечения и высота основного протяжения трубы;

φ_н - коэффициентскорости; φ_н = 0,95 (для обтекаемого оголовка);

i _т — уклон трубы; i_w- - уклон трения.

При значительном подтоплении входа в трубу напорный режим мо­жет возникать периодически и при оголовках обычных типов. Однако из-за прорывов воздуха через образующуюся у входного отверстия воронку, протекание воды в этом случае часто переходит на полунапорный режим.

В связи с невысокой точностью определения притока вод к соору­жению можно при расчете отверстий сооружений ограничиться упро­щенными расчетами.

Для того чтобы установился полунапорный или напорный режим, уклон трубы i должен находиться в определенном соотношении с ук­лоном трения i_w, при котором расход Q_c проходит, целиком заполняя поперечное сечение трубы, но без превышения атмосферного давления в верхней точке.

На основе расчетных формул пропускной способности труб при раз­ных режимах протекания воды составляют расчетные таблицы или гра­фики пропускной способности типовых труб (трубы строят только типовые). Такие таблицы приводятся в типовых проектах, в том числе для так называемых унифицированных труб, нашедших широкое применение в строительстве.