ОДМ 218.2.082-2017. Отраслевой дорожный методический документ. Методические рекомендации по проведению гидравлических расчетов малых ИССО на автомобильных дорогах

Федеральное дорожное агентство · № ОДМ 218.2.082-2017Действующий акт

(издан на основании Распоряжения Росавтодора от 20.04.2017 № 746-р)

Примечание

Текст документа приведен в соответствии с публикацией на сайте https://rosavtodor.gov.ru/ по состоянию на 08.04.2023. Документ рекомендован к применению с 20.04.2017 Распоряжением Росавтодора от 20.04.2017 № 746-р.

Издан на основании Распоряжения Федерального дорожного агентства от 20 апреля 2017 г. № 746-р

ОТРАСЛЕВОЙ ДОРОЖНЫЙ МЕТОДИЧЕСКИЙ ДОКУМЕНТ

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРОВЕДЕНИЮ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ РАСЧЕТОВ МАЛЫХ ИССО НА АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГАХ

ОДМ 218.2.082-2017

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН обществом с ограниченной ответственностью «ГЕО-ПРОЕКТ» (ООО «ГЕО-ПРОЕКТ»).

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

3 ИЗДАН на основании распоряжения Федерального дорожного агентства от 20.04.2017 № 746-р.

4 ИМЕЕТ РЕКОМЕНДАТЕЛЬНЫЙ ХАРАКТЕР.

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ.

1 Область применения

Настоящий отраслевой дорожный методический документ (далее — методический документ) 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:

Технический регламент Таможенного союза «Безопасность автомобильных дорог» (ТР ТС 014/2011)

СП 34.13330.2021 Автомобильные дороги (актуализированная редакция СНиП 2.05.02-85*)

СП 35.13330.2011 Мосты и трубы (актуализированная редакция СНиП 2.05.03-84*)

СП 33-101-2003 Определение основных расчетных гидрологических характеристик

СП 131.13330.2020 Строительная климатология (актуализированная редакция СНиП 23-01-99*)

Примечание - При пользовании настоящим методическим документом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячным информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании данным методическим документом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

В настоящем методическом документе применены следующие термины с соответствующими определениями и сокращениями:

3.1 малые водопропускные сооружения: Водопропускные трубы и малые мосты.

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

3.3 отверстие трубы: Геометрический размер по внутренней поверхности трубы: для круглой — диаметр, для прямоугольной — расстояние между вертикальными стенками.

3.4 отверстие моста: Свободная ширина зеркала воды под мостом, измеренная по расчетному уровню высоких вод.

3.5 гидрологические расчеты: Раздел инженерной гидрологии, в задачи которого входит разработка методов, позволяющих рассчитать значения различных характеристик гидрологического режима.

3.6 гидрологические характеристики: Количественные оценки элементов гидрологического режима.

3.7 расчетный расход воды: Расход воды заданной вероятности превышения, принимаемый в качестве исходного значения для определения размеров проектируемых сооружений.

3.8 объем стока: Количество воды, протекающее через рассматриваемый створ водотока за какой-либо период времени.

3.9 подпор воды: Повышение уровня воды из-за наличия в русле препятствия для ее движения.

4 Общие положения

4.1 Настоящий методический документ рекомендуется применять при проектировании нового строительства, реконструкции и ремонте 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 ТР ТС 014/2011, включая требования СП 35.13330.2011.

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 водопропускные трубы;
малые мосты.

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

\cdot по условиям гидравлической работы:

равнинные трубы,
косогорные трубы;

\cdot характеру шероховатости внутренней поверхности:

гладкие (бетонные, железобетонные, чугунные и т.п.),
гофрированные (металлические, пластиковые и т.п.);

\cdot влиянию длины трубы на пропускную способность:

«короткие» в гидравлическом отношении,
«длинные» в гидравлическом отношении;

\cdot влиянию глубины воды в нижнем бьефе:

незатопленные с нижнего бьефа,
затопленные с нижнего бьефа;

\cdot режиму протекания потока в трубе:

безнапорные,
полунапорные,
напорные.

6 Гидравлические расчеты равнинных труб

6.1 Общие положения

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

расчетный расход с вероятностью превышения 1%;
объем стока;
топографический план бассейна водосбора;
продольный профиль автомобильной дороги;
поперечные профили автомобильной дороги по линиям водоразделов рассматриваемого бассейна;
информация о наличии существующих водопропускных сооружений на рассматриваемом водотоке;
информация о расположенных в непосредственной близости существующих автомобильных дорогах и железнодорожных линиях.

6.2 Порядок расчета железобетонных труб

6.2.1 При отсутствии соответствующих данных о гидрологических изысканиях необходимо выполнить перерасчет расхода с учетом аккумуляции. Расчет выполняют следующим образом.

Расчетная зависимость расхода, поступающего в сооружение от подпора перед трубой Qсоор, м3, представлена зависимостью

Q_{coop} = Q_{\text{пр}}(1 - \frac{k_{0}}{i\prime_{\text{л}}i\prime_{\text{с}}W} H^{3}) , (1)

где Qпр — расход принятой вероятности превышения, м3/с;

W — объем стока для гидрографа с наибольшим расходом, м3;

i\prime_{\text{л}} — уклон лога перед сооружением, %;

i\prime_{\text{с}} — уклон склонов перед сооружением, %;

k0 — коэффициент, зависящий от очертания пруда в плане, продольного и поперечного профилей по логу, определяется по таблице А.1 приложения А;

H3 — подпор воды перед трубой, м.

Расчет аккумуляции выполняется графически в системе координат Q, H3, где шкала Q строится по оси абсцисс, а шкала H3 — по оси ординат. При этом на оси ординат дается совмещенная с H3 шкала H. Указанная зависимость строится по двум точкам в виде прямой линии: определяются координаты точек пересечения с осями координат при H3 = 0 и при Qсоор = 0.

Строится зависимость Qт = f(H) согласно характеристикам, указанным в типовом проекте.

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

6.2.2 Предварительно назначают отверстие трубы по действующему типовому проекту с учетом требований СП 35.13330.2011.

6.2.3 Проверяют условие безнапорного режима в зависимости от типа входного оголовка (рисунок 1):

для всех типов оголовков, кроме воротниковых и коридорных, затопление происходит при H/hт = 1,1;
оголовков воротникового типа затопление происходит при H/hт = 1,2;
оголовков коридорного типа затопление происходит при H/hт = 1,3,

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

hт — высота трубы по внутренней поверхности, м.

рис. 1

H — подпор перед трубой; hвх — глубина воды на входе в трубу; hс — то же, в сжатом сечении; iт — уклон трубы; Lт — длина трубы

Рисунок 1 — Схема протекания воды в трубе при безнапорном режиме

6.2.4 При невыполнении условия безнапорного протекания отверстие трубы увеличивается.

6.2.5 Определяют тип трубы в гидравлическом отношении.

Для определения типа трубы в гидравлическом отношении необходимо рассчитать критический уклон iкр

i_{\text{кр}} = \frac{Q^{2}}{\omega_{k}^{2}C_{k}^{2}R_{k}} = \frac{g\chi_{k}}{\alpha C_{k}^{2}b_{k}} , (2)

где Q — расчетный расход потока, м3/с;

\omega_{k} — площадь живого сечения потока, м2, при критической глубине hk, м;

bk — ширина потока поверху, м;

Rk — гидравлический радиус сечения потока, м;

g — ускорение свободного падения, м/с2;

\alpha — коэффициент Кориолиса, принимаемый равным 1,1;

\chi_{k} — смоченный периметр сечения потока, м;

Ck — коэффициент Шези, м0,5/с, определяемый по формуле Павловского,

C_{k} = \frac{1}{n} R_{k}^{\text{у}} ; (3)

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

y = 2,5 \sqrt{n} - 0,13 - 0,75 \sqrt{R_{k}} (\sqrt{n} - 0,1) . (4)

В случае если уклон трубы больше критического уклона iт >= iкр, то труба любой длины является «короткой» в гидравлическом отношении.

Во всех остальных случаях труба считается «длинной» в гидравлическом отношении.

6.2.6 Определяют подпор перед трубой.

Труба считается гидравлически «короткой» при iт < iкр, в случае если lт/D <= 20.

Труба считается гидравлически «длинной» при iт >= iкр, в случае если lт/D >= 20.

Подпор перед гидравлически «короткой» трубой Hкор, м, рассчитывают по формуле

H_{\text{кор}} = (\frac{Q}{mb_{k} \sqrt{2g}})2/3 , (5)

где m — коэффициент расхода при совершенном сжатии потока на входе, принимаемый по таблице А.2 приложения А;

bk — средняя ширина потока в сечении с критической глубиной, м; для прямоугольных труб равна ширине трубы, приведенной в таблице А.7 приложения А, для круглых — по графику, приведенному на рисунке Б.1 приложения Б.

Подпор перед гидравлически «длинной» трубой, Hдл м, определяют по формуле

H_{\text{дл}} = h_{\text{т}}[\frac{\text{Н}_{\text{кор}}}{h_{\text{т}}} + 0,005(\frac{L_{\text{т}}}{h_{\text{т}}} - 20) \frac{\text{Н}_{\text{кор}}}{h_{\text{т}}}] . (6)

6.2.7 По полученному значению подпора проверяют условие безнапорного режима протекания в соответствии с пунктом 6.2.3. При невыполнении условия отверстие трубы увеличивают и расчет подпора повторяют.

6.2.8 Выполняют следующие проверки уровня подпора:

возвышение бровки земляного полотна по продольному профилю трассы в границах бассейна водосбора должно быть не менее чем на 0,5 м;
отсутствие перелива воды в соседний бассейн проверяется по поперечному профилю земляного полотна автомобильной дороги в местах водоразделов;
при наличии вблизи мостов и труб инженерных сооружений, зданий и сельскохозяйственных угодий необходимо проверить их безопасность от подтопления вследствие подпора воды перед сооружением;
при наличии в непосредственной близости автомобильной или железной дороги с водопропускным сооружением, находящимся 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.

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

6.2.9 Выясняют глубину и скорость воды на выходе из трубы и проверяют глубину размыва для принятого типа укрепления выходного русла.

По таблице А.3 приложения А находят параметр расхода ПQ.

Глубину потока на выходе hвык, м, при параметре расхода ПQ, меньшем или равном ПQ(гр) (таблица А.4 приложения А), рассчитывают из выражения

\frac{h_{\text{вых}}}{h_{\text{к}}} = A_{\text{к}}f(i_{\text{т}}) , (7)

где hк — критическая глубина в трубе, м;

Aк — коэффициент, определяемый по таблице А.4 приложения А.

Критическую глубину в общем случае определяют из выражения

\frac{\alpha Q^{2}}{g\omega_{\text{к}}^{3}} \text{В}_{\text{к}} = 1 , (8)

где Bк — ширина живого сечения по свободной поверхности при критической глубине, м.

Критическую глубину прямоугольного русла hк(п), м, рассчитывают по формуле

h_{\text{к}(\text{п})} = \sqrt[3]{\frac{\alpha q^{2}}{g}} , (9)

где q — удельный расход, м2/с,

q = \frac{Q}{b_{\text{к}}} .

Критическую глубину в руслах различной формы сечений можно также определять по графикам, приведенным на рисунках Б.2, Б.3, Б.4 приложения Б.

При параметре расхода ПQ, превышающем ПQ(гр), глубину на выходе вычисляют по формуле

\frac{h_{\text{вых}}}{h_{\text{к}}} = A_{\text{т}}f(i_{\text{т}})\text{П}_{Q}^{s_{\text{т}}} , (10)

где Aт — коэффициент, определяемый по таблице А.5 приложения А;

Sт — степень, принимаемая по таблице А.5 приложения А.

Скорости потока на выходе из труб vвых, м/с, находят по формуле

v_{\text{вых}} = \frac{Q}{\omega_{\text{вых}}} , (11)

где \omega_{\text{вых}} — площадь живого сечения потока на выходе из трубы, м2.

Алгоритм расчета нижнего бьефа трубы приведен в разделе 8.

6.3 Порядок расчета гофрированных труб

6.3.1 Минимальный диаметр трубы D, м, рассчитывают по следующей формуле:

D = (\frac{Q}{\text{П}_{Q} \sqrt{g}})2/5 , (12)

где ПQ — параметр расхода, определяемый по графику, данному на рисунке Б.5 приложения Б.

Параметр расхода ПQ находят для соотношения \frac{h_{\text{вх}}}{D} \leq 0,75 (условие безнапорного режима работы).

К расчету принимают большее ближайшее типовое значение D.

6.3.2 Определяют тип трубы в гидравлическом отношении. По формуле (2) вычисляют значение критического уклона. При этом коэффициент шероховатости поверхности n равен

в отсутствие гладкого лотка 0,02 — 0,03;
при наличии гладкого лотка

n = \sqrt{\frac{\chi_{\text{л}}n_{\text{л}}^{2} + \chi_{\text{мгт}}n_{\text{мгт}}^{2}}{\chi_{\text{л}} + \chi_{\text{мгт}}}} , (13)

где \chi_{\text{л}} , \chi_{\text{МГТ}} — части поперечного сечения трубы, занимаемые соответственно лотковой частью и гофрой, м;

nл, nМГТ — коэффициенты шероховатости материала соответственно лотка и трубы.

Критическую глубину потока находят по графику, показанному на рисунке Б.2 приложения Б.

6.3.3 Подпор перед гидравлически «длинной» трубой в безнапорном режиме находят по формуле

\frac{H_{\text{дл}}}{D} = \frac{H_{\text{кор}}}{D} + 0,005(\frac{l_{\text{т}}}{D} - 20)(\frac{\text{Н}_{\text{кор}}}{D})2 . (14)

6.3.4 Глубину воды на выходе из трубы определяют по следующим формулам:

при ПQ <= 0,8

\frac{h_{\text{вых}}}{D} = \frac{0,54}{i_{\text{т}}^{0,1}} \text{П}_{Q}^{0,6} ; (15)

при 0,8 < ПQ < 1,35

\frac{h_{\text{вых}}}{D} = \frac{0,65}{i_{\text{т}}^{0,06}} \text{П}_{Q}^{1,9i_{\text{т}}^{0,25}} ; (16)

при ПQ >= 1,35

hвых = D. (17)

6.3.6 Скорость потока на выходе из трубы vвых, м/с, рассчитывают из выражения

\frac{v_{\text{вых}}}{\sqrt{gD}} = 1,45i_{\text{т}}^{0,04}(\frac{Q}{D \sqrt[2]{gD}})^{\frac{1}{\sqrt[3]{i_{\text{т}}}}} . (18)

7 Гидравлические расчеты косогорных труб

7.1 Общие положения

7.1.1 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.

7.1.2 В гидравлическом отношении возможны два варианта работы косогорных труб:

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 (раздел 6);
наиболее типичный вариант — трубы с условиями косогорного входа, т.е. имеющие подводящий быстроток и бурный поток на входе в трубу.

7.1.3 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.

7.2 Гидравлический расчет косогорных труб

7.2.1 Назначают тип и отверстие трубы по типовому проекту.

7.2.2 Рассчитывают подводящий быстроток, начиная с угла сужения 20°. Определяют глубины и скорость потока на входе в трубу.

Расчет выполняют 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.

7.2.3 Расчет по методике, разработанной М.Л. Шаталовым [1].

\cdot По заданному расходу Qрасч, м3/с, используя данные типового проекта [2], находят ширину стандартного быстротока Bб, м, прямоугольного сечения. Для повышения эффективности берется ширина трубы Bтр, м, ближайшего меньшего сечения, чем это указано в типовом проекте [2].

\cdot По уравнению неравномерного движения В.И. Чарномского [3], используя Qрасч, Bб, Lб, iо, n, определяют глубины и средние скорости потока по длине быстротока.

\cdot С использованием глубины h1, м, и средней скорости потока V1, м/с, в конце подводящего быстротока рассчитывают число Фруда Fr1

Fr_{1} = \frac{\alpha V_{1}^{2}}{gh_{1}} , (19)

где h1 — глубина в конце подводящего быстротока, м.

Степень сжатия бурного потока

\epsilon = B_{\text{тр}}/\text{В}_{\text{б}} . (20)

\cdot По графику (рисунок Б.6 приложения Б), используя Fr1 и \epsilon , определяют в первом приближении угол «безволнового» сужения быстротока, длину участка сужения и глубину воды на входе в трубу h3, м.

\cdot Параметры косого гидравлического прыжка \beta_{1} , h2, Fr2 находят по следующим зависимостям:

\beta_{1} = \theta + arcsin \frac{1}{\sqrt{Fr_{1}}} , (21)

где \beta_{1} — угол фронта косого прыжка, град.;

\theta — угол сужения, град.;

Fr1 — число Фруда невозмущенного потока.

\frac{h_{2}}{h_{1}} = \frac{1}{2} (\sqrt{1 + 8Fr_{1}sin^{2}\beta_{1}} - 1) , (22)

где h2 — глубина вторичного косого прыжка, м.

Fr_{2} = Fr_{1} \frac{cos^{3}\beta_{1}sin(\beta_{1} - \theta)}{cos^{3}(\beta_{1} - \theta)sin\beta_{1}} , (23)

где Fr2 — число Фруда за фронтом косого прыжка.

\cdot Определяют параметры косого прыжка-волны Fr1x, hв, l, l0, lт, hт по следующим формулам:

Fr_{1x} = Fr_{1}sin^{2}\beta_{1} , (24)

где Fr1x — число Фруда потока, перпендикулярного фронту косого прыжка.

\frac{h_{\text{в}}}{h_{c}} = 2 \sqrt{Fr_{1x}} - 1 , (25)

где hв, hс — соответственно глубина до сужения и максимальная глубина потока в прыжке-волне, м.

\frac{l}{h_{c}} = \frac{\sqrt{2 \sqrt{Fr_{1x}} - 1}}{\sqrt{6(\sqrt{Fr_{1x}} - 1)}} ln[800(\sqrt{Fr_{1x}} - 1)] , (26)

где l — длина фронтальной поверхности прыжка-волны, м.

\frac{l_{0}}{h_{c}} = \frac{1,32}{\alpha} , (27)

где l0 — расстояние от вершины волны до точки перегиба кривой свободной поверхности, м;

\alpha = \frac{\sqrt{6 \sqrt{Fr_{1x}} - 1}}{\sqrt{2(\sqrt{Fr_{1x}} - 1)}} , (28)

тогда

\frac{l_{0}}{h_{c}} = 1,32 \frac{\sqrt{2 \sqrt{Fr_{1x}} - 1}}{\sqrt{6(\sqrt{Fr_{1x}} - 1)}} . (29)

\frac{l_{\text{т}}}{h_{c}} = \frac{\frac{l_{0}}{h_{c}} (\frac{h_{2}}{h_{c}} - 1) - 0,01 \frac{l}{h_{c}} + \frac{2\alpha}{3 - \alpha^{2}} [th(\frac{l\alpha}{2h_{c}}) - 0,577]}{\frac{h_{2}}{h_{c}} - 1,01} ,(30)

lт — расстояние по дну от вершины прыжка-волны до фронта косого прыжка, м.

\frac{h_{\text{т}}}{h_{c}} \approx \frac{h_{\text{к}}}{h_{c}} = \sqrt[3]{Fr_{1x}} , (31)

где hт — глубина фронта косого прыжка, м;

hк — критическая глубина, м.

\cdot Характерные глубины и их местоположения вдоль стенки рассчитывают по следующим формулам:

\frac{X_{\text{г}.\text{с}}}{h_{c}} = K \frac{l_{\text{Т}}}{h_{c}sin\beta_{1}} (1 + \frac{tg\theta}{tg\beta_{1} - tg\theta}) , (32)

где Xг.с — расстояние от излома стенки до гребня, м;

K — коэффициент, учитывающий искривление линии тока вблизи стенки.

\frac{h_{\text{г}.\text{с}}}{h_{c}} = 2,25(Fr_{1}sin^{2}\theta)^{0,63} + 1 , (33)

где hг.с — глубина под гребнем, м.

\frac{h}{h_{1}} = 1 + (\frac{h_{\text{г}.\text{с}}}{h_{c}} - 1)(\frac{X\prime}{X_{\text{г}.\text{с}}})0,25 , (34)

где h — переменная глубина, м;

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

Xг.с — расстояние от излома стенки до гребня при горизонтальном дне, м.

С учетом влияния уклона дна

Xг.с' = Xг.с(1 + 0,7i0), (35)

где Xг.с' — расстояние от излома стенки до гребня у стенки при наклонном дне, м;

i0 — уклон дна.

Строят продольный профиль глубин вдоль стенки.

\cdot Определяют характерные глубины и их местоположение на оси сооружения по следующим формулам:

\frac{h_{\text{г}.\text{с}}}{h_{1}} = (2 \sqrt{Fr_{b}} sin\beta_{b} - 1)(2 \sqrt{Fr_{1}} sin\beta_{1} - 1) , (36)

где Frb — число Фруда потока на максимальной глубине;

\beta_{b} — угол дополнительного фронта прыжка-волны, град.

\frac{X_{c}}{h_{2}} = K \frac{l\prime_{\text{т}}}{h_{2}sin(\beta_{2} - \theta)} , (37)

где Xс — расстояние от точки пересечения фронтов косых прыжков до гребня, м;

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

l\prime_{\text{т}} — расстояние от вторичного фронта до глубины вторичного косого прыжка, м;

\beta_{2} — угол вторичного фронта, град.

X_{\text{П}} = 0,5b_{1}ctg\beta_{1} , (38)

где XП — расстояние от начала сужения до точки пересечения первоначальных фронтов, м;

b1 — ширина быстротока в начале сужения, м.

С учетом влияния уклона дна i0 вычисляют

hг.с' = hг.с(1 — 0,8i0), (39)

где hг.с', hг.с — глубины под гребнем соответственно при i > 0,00 и i = 0,00, м.

Xс' = Xс(1 + 4i0), (40)

где Xс', Xс — расстояния от точки пересечения фронтов косых прыжков до гребня на оси X соответственно при i0 > 0,00 и i0 = 0,00, м.

Xгр = XП + Xс, (41)

где Xгр — полное расстояние вдоль оси сооружения от начала сужения до глубины hг.с, м;

Xс — расстояние от точки пересечения фронтов косых прыжков до гребня на оси X при i0 = 0,00, м.

Строят продольный профиль глубин вдоль оси сооружения.

\cdot По графику (рисунок Б.7 приложения Б) определяют параметры второго косого прыжка \beta_{2} , h3, Fr3, V3.

\cdot Проводят уточнение параметров потока h3 и V3 на входе в трубу с учетом потерь на трение по формуле

i_{0} - i_{f} = \frac{dh}{dS} + \frac{d}{dS} (\frac{\alpha V^{2}}{2g}) , (42)

где i0, if — уклоны дна и трения;

h, V — соответственно глубина, м, и средняя скорость потока, м/с;

S — продольная координата, м.

По рассчитанным глубинам с учетом запаса назначают размеры подводящего быстротока, участка сужения и звеньев трубы [4].

7.2.4 Выполняют следующие проверки:

зазор между верхом трубы и верхом свободной поверхности на входе в трубу не должен превышать значений, допускаемых СП 35.13330.2011;
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.

7.2.5 Рассчитывают среднюю часть трубы в соответствии с положениями раздела 6. Осуществляют проверку зазора между поверхностью потока и верхом трубы в соответствии с требованиями СП 35.13330.2011. В случае невыполнения проверки назначается большее отверстие трубы.

7.2.6 Проводят расчет скоростей и глубин на выходе из трубы в соответствии с положениями раздела 6, после чего выполняют расчет и подбор конструкции укрепления выходного русла в соответствии с алгоритмом, изложенным в разделе 8.

8 Гидравлические расчеты нижнего бьефа

8.1 Конструкцию укрепления выходного русла назначают в соответствии с типовым проектом [4].

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

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

8.2 Расчет осуществляют в следующей последовательности.

\cdot Предварительно назначают тип укрепления выходного русла для труб, работающих:

при расчетных заполнениях (полностью загруженных) — жесткие бетонные укрепления с концевой частью в виде предохранительного откоса либо вертикальной стенки с каменной наброской;
заполнениях менее расчетных — те же типы укреплений, что указаны выше, но без каменной наброски.

\cdot Назначают длину укрепления, равную L = (1,5 — 2)Dэ, где Dэ — эквивалентный диаметр трубы, м, равный диаметру круга, имеющего площадь, эквивалентную площади поперечного сечения трубы.

\cdot Определяют максимальную глубину размыва \Delta h_{max} , м, по графику в типовом проекте [4]. При глубине размыва \Delta h_{max}>2\text{м} необходимо перейти на другой тип выходного русла и расчет повторить.

\cdot Вычисляют глубину заделки концевой части укрепления \Delta h_{\text{укр}} , м, в соответствии с рекомендациями типового проекта [4]. При \Delta h_{\text{укр}}>3\text{м} необходимо перейти на другой тип выходного русла и расчет повторить.

\cdot Рассчитывают ширину растекания потока Bраст, м, в соответствии с рекомендациями типового проекта [4], по которой определяют ширину укреплений. Ширина укреплений назначается с запасом 1 м в каждую сторону относительно ширины растекания потока.

9 Гидравлические расчеты труб, расположенных каскадом

9.1 При выполнении расчета равнинных труб в соответствии с алгоритмом, изложенным в разделе 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.

9.2 По расчетному расходу назначают отверстие трубы по типовому проекту.

9.3 Определяют водоток перед трубой согласно разделу 6 и соответствующую ему отметку предельного уровня высокой воды (ПУВВ).

9.4 При расчете верховой трубы выполняют проверку условия безнапорного протекания по отметке ПУВВ низовой трубы. При невыполнении проверки отверстие верховой трубы увеличивают.

9.5 Во избежание заиливания низовой трубы осуществляют проверку минимального расстояния lmin, м, между концом укрепления верховой трубы и началом низовой по формуле

l_{min} = \Delta h_{max}[(m_{\text{от}} + m_{\text{вн}}) + 2(1,5m_{\text{вн}} + 1)(1 - \frac{0,85h_{\text{п}}}{h_{\text{нб}}})5] , (43)

где \Delta h_{max} — максимальная глубина размыва на выходе из верхового сооружения, м (см. раздел 8);

mот — коэффициент заложения откоса;

mвн — крутизна низового откоса воронки размыва верхового сооружения, определяется по таблице А.8 приложения А;

hп — предельная глубина потока в нижнем бьефе верхового сооружения, м;

hнб _ 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 назначают максимально допустимый подпор перед мостом.

10.2 По известному расходу и назначенному подпору вычисляют отверстие моста

Q = m_{\text{табл}}\sigma_{\text{п}}b_{k} \sqrt{2g} H_{0}^{3/2} , (44)

где mтабл — коэффициент расхода, принимаемый по таблице А.9 приложения А;

\sigma_{\text{п}} — коэффициент подтопления, определяемый по таблице А.10 приложения А;

bk — средняя ширина потока под мостом при критической глубине hк, м;

H0 — подпор перед мостом, м.

Критическую глубину прямоугольного русла hк(п), м, рассчитывают по формуле

h_{\text{к}(\text{п})} = \sqrt[3]{\frac{\alpha q^{2}}{g}} , (45)

где \alpha — коэффициент Кориолиса, принимаемый равны 1,0 при скорости потока менее 1 м/с и 1,1 при больших скоростях.

В случае трапецеидального русла критическую глубину hк(тр), м, находят по формуле

h_{\text{к}(\text{тр})} = \phi_{\text{тр}}h_{\text{к}(\text{п})} , (46)

где \phi_{\text{тр}} — параметр, определяемый по графику, представленному на рисунке Б.3 приложения Б.

10.3 Проверяют условие подтопления

\frac{h_{\text{нб}}}{\text{Н}_{0}} <N , (47)

где hнб — бытовая глубина в нижнем бьефе, м;

N — критерий подтопления, определяемый по таблице А.11 приложения А.

При несоблюдении условия (47) подмостовое русло подтоплено.

При этом для неподтопленных подмостовых русел в зависимости от длины моста вдоль потока Lм возможны два варианта протекания (рисунок 2):

при Lм >= 2,5H0 — двухперепадное протекание. При этом пропускная способность практически не зависит от длины моста;
при Lм < 2,5H0 — одноперепадное протекание. При этом пропускная способность увеличивается с уменьшением длины моста вдоль потока. Это уменьшение выражается через коэффициент расхода m

m = m_{\text{табл}} + 0,08(\frac{\text{Н}_{0}}{L_{\text{м}}} - 0,4) . (48)

рис. 2

а — незатопленное подмостовое русло при двухперепадном протекании; б — то же, при одноперепадном протекании; в — затопленное подмостовое русло; Lм — длина моста вдоль потока; hвых — глубина воды на выходе из трубы; hнб — глубина воды в нижнем бьефе; hр — глубина русла в сжатом сечении

Рисунок 2 — Схемы протекания потока под мостом

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

на узкосливные при b <= 2H0;
широкосливные при b > 2H0.

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

m = m_{\text{табл}} + 0,2(0,5 - \frac{\text{Н}_{0}}{b}) . (49)

10.4 Если подмостовое русло не подтоплено, то:

\cdot по формуле (44) производят пересчет подпора перед мостом и проверяют возможность подтопления по зависимости (47);

\cdot если русло не подтоплено — проверяют достаточность возвышения низа пролетного строения;

\cdot определяют максимальную расчетную скорость потока vр, м/с, на выходе из-под моста:

при двухперепадном протекании потока в сжатом сечении

v_{\text{р}} = \frac{Q}{h_{c}b_{c}} , (50)

где bс — отверстие моста в сжатом сечении, м; для трапецеидальных русел — это средняя ширина потока, м, при глубине в сжатом сечении hс, м,

hс = kсH0; (51)

kс — коэффициент, определяемый по таблице А.11 приложения А,

при одноперепадном протекании потока под мостом максимальную расчетную скорость устанавливают на выходе из-под моста при глубине потока, равной бытовой глубине воды в нижнем бьефе,

v_{\text{р}} = \frac{Q}{h_{\text{нб}}b_{\text{нб}}} , (52)

где bнб — отверстие моста в нижнем бьефе, м; для трапецеидальных русел — это средняя ширина потока при глубине hнб, м.

10.5 Если подмостовое русло подтоплено, то:

отверстие моста округляют до ближайшего большего стандартного значения и по таблице А.10 приложения А находят коэффициент подтопления kп и вычисляют новое значение подпора;
проверяют достаточность возвышения низа пролетного строения;
определяют максимальную расчетную скорость потока на выходе из-под моста vр, которую принимают с учетом перепада восстановления,

v_{\text{р}} = \frac{Q}{h_{\text{п}}b_{\text{п}}} , (53)

где bп — отверстие моста с учетом перепада воды, м; для трапецеидальных русел — это средняя ширина потока при глубине hп = kпH0;

kп — коэффициент, принимаемый по таблице А.10 приложения А.

10.6 По таблице А.12 приложения А назначают тип укрепления подмостового русла.

Приложение А

ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРУБ И СВЕДЕНИЯ О ПРОФИЛЯХ ЛОГА

Таблица А.1

Значение коэффициента k0 в зависимости от профиля лога

Очертание зеркала воды пруда в плане с линиями урезов	Значение коэффициента k0 в зависимости от профиля лога
	Продольный профиль перед сооружением	Поперечный профиль (берегов)
	Продольный профиль перед сооружением	выпуклый	прямолинейный	вогнутый
Вогнутыми	Выпуклый	190	230	270
	Прямоугольный	230	280	320
	Вогнутый	270	320	380
Прямолинейными	Выпуклый	230	280	320
	Прямолинейный	280	330	370
	Вогнутый	320	370	450
Выпуклыми	Выпуклый	270	320	380
	Прямолинейный	320	370	450
	Вогнутый	380	450	530

Таблица А.2

Гидравлические характеристики труб

Форма поперечного сечения трубы	Расчетные коэффициенты	Гидравлические характеристики труб при типах входных оголовков
		без оголовков	портальных с конусами	коридорных	воротниковых \alpha_{\text{р}} = 0^{\circ}	раструбных
		без оголовков	портальных с конусами	коридорных	воротниковых \alpha_{\text{р}} = 0^{\circ}	\alpha_{\text{р}} = 10^{\circ}	\alpha_{\text{р}} = 20^{\circ}	\alpha_{\text{р}} = 30^{\circ} - 45^{\circ}
Прямоугольная	m	0,310	0,325	0,340	0,315	0,36	0,36	0,35
	\epsilon_{\text{п}}	0,86	0,74	0,83	0,74	0,76	0,78	0,81
	\mu_{\text{п}}	0,63	0,62	0,61	9,58	0,61	0,64	0,68
Круглая	m	0,31	0,31	0,32	0,31	0,33	0,33 (0,35)	0,33
	\epsilon_{\text{п}}	0,66	0,79	0,79	0,75	0,79	0,79	0,79
	\mu_{\text{п}}	0,56	0,65	0,58	0,62	0,66	0,69	0,70
Овоидальная	\epsilon_{\text{п}}	-	0,63	0,69	-	-	0,63	-
Овоидальная	\mu_{\text{п}}	-	0,60	0,58	-	-	0,61	-

Примечание - \alpha_{\text{р}} угол раструбности оголовка.

Таблица А.3

Значение параметра расхода труб

Форма поперечного сечения трубы	Формула для расчета параметра расхода ПQ	Заполнение входного сечения \frac{h_{\text{вх}}}{h_{\text{т}}}	Значение параметра расхода труб при типах входных оголовков
			без оголовков	портальных с конусами	коридорных	воротниковых \alpha_{\text{р}} = 0^{\circ}	раструбных
			без оголовков	портальных с конусами	коридорных	воротниковых \alpha_{\text{р}} = 0^{\circ}	\alpha_{\text{р}} = 0^{\circ}	\alpha_{\text{р}} = 20^{\circ}	\alpha_{\text{р}} = 30^{\circ} - 45^{\circ}
Прямоугольная	\frac{Q}{h_{\text{т}}b \sqrt[6]{g^{3}} h_{\text{т}}^{2}b}	0,833	-	0,420	-	0,565	0,570	0,580	0,525
Прямоугольная	\frac{Q}{h_{\text{т}}b \sqrt[6]{g^{3}} h_{\text{т}}^{2}b}	1,0	-	0,560	-	0,588	0,620	0,665	0,645
Круглая	\frac{Q}{D \sqrt[2]{gD}}	0,75	0,275	0,275	-	0,400	0,300	0,305 (₀,390)	0,300
Круглая	\frac{Q}{D \sqrt[2]{gD}}	1,0	0,415	0,440		0,460	0,475	0,495 (0,600)	0,475
Овоидальная	\frac{Q}{D_{\text{э}}^{2} \sqrt{gD_{a}}}	0,75	-	0,325	0,545	-	-	0,350	-
Овоидальная	\frac{Q}{D_{\text{э}}^{2} \sqrt{gD_{a}}}	1,0	-	0,455	0,605	-	-	0,485	-

Примечание - \alpha_{\text{р}} угол раструбности оголовка.

Таблица А.4

Граничные значения параметра расхода труб

Тип трубы	Граничные значения параметра расхода	Коэффициент
Круглая	1,2	0,93
Овоидальная	1,2	0,79
Прямоугольная	0,8	0,88

Таблица А.5

Значения коэффициентов Aт и показателя степени sт

Тип трубы	Параметр расхода ПQ	Коэффициент Aт	Показатель степени sт
Круглая	ПQ <= 0,8	0,98	0,50
Круглая	0,8 < ПQ < 1,8	0,88	0,25
Овоидальная	ПQ < 0,8	0,80	0,55
Овоидальная	0,8 < ПQ < 1,6	0,75	0,25
Прямоугольная	0,8 < ПQ < 1,6	0,88	0,667

Таблица А.6

Значения коэффициента расхода m для различных типов оголовков металлических гофрированных труб

Тип оголовка	Коэффициент расхода m
Без оголовка (вертикальный срез)	0,33
Срезанный параллельно откосу	0,33

Таблица А.7

Значения ширины потока поверху bk при различных диаметрах металлических гофрированных труб

\text{П}_{Q} = \frac{Q}{D \sqrt[2]{gD}}	Значение величины bk при диаметре трубы D, м
\text{П}_{Q} = \frac{Q}{D \sqrt[2]{gD}}	1,0	1,25	1,5	2,0	3,0	5,0
0,02	0,49	0,61	0,73	0,98	1,47	2,45
0,03	0,52	0,65	0,78	1,04	1,56	2,60
0,04	0,57	0,71	0,85	1,14	1,71	2,85
0,05	0,59	0,73	0,88	1,18	1,77	2,95
0,06	0,62	0,78	0,93	1,24	1,86	3,10
0,07	0,63	0,78	0,94	1,26	1,89	3,15
0,08	0,64	0,80	0,96	1,28	1,92	3,20
0,09	0,66	0,82	0,99	1,32	1,98	3,30
0,10	0,67	0,83	1,00	1,34	2,01	3,35
0,12	0,69	0,86	1,03	1,38	2,07	3,45
0,14	0,72	0,90	1,08	1,44	2,16	3,60
0,16	0,74	0,92	1,10	1,47	2,20	3,68
0,18	0,76	0,94	1,13	1,51	2,26	3,78
0,20	0,77	0,96	1,15	1,34	2,31	3,85
0,25	0,79	0,99	1,18	1,58	2,37	3,95
0,30	0,81	1,01	1,21	1,62	2,43	4,05
0,35	0,32	1,02	1,23	1,64	2,46	4,10
0,40	0,83	1,03	1,24	1,66	2,49	4,15
0,45	0,84	1,04	1,25	1,67	2,50	4,18
0,50	0,84	1,05	1,26	1,68	2,52	4,20
0,55	0,84	1,05	1,26	1,68	2,52	4,20
0,60	0,34	1,05	1,26	1,68	2,52	4,20
0,65	0,84	1,05	1,26	1,68	2,52	4,20
0,70	0,83	1,03	1,24	1,66	2,49	4,15

Таблица А.8

Крутизна низового откоса воронки размыва верхового сооружения

\frac{h_{\text{нб}}}{0,85h_{\text{п}}}	mвн
1	2,0
2	5,5
3	5,5
4	4,5
6	3,5
8	3,0
10	2,7
>= 15	2,0

Таблица А.9

Значения коэффициента расхода для различных типов мостов

Тип моста	mтабл
С обратными стенками и конусами	>= 0,32
С откосными крыльями	0,35
С заборными стенками	0,32
Эстакадные с конусами	>= 0,33

Таблица А.10

Параметры для расчета малых мостов по затопленной схеме

\frac{h_{\text{нб}}}{\text{Н}_{0}}	Параметры для расчета малых мостов по затопленной схеме
	\sigma_{\text{п}}	kп	\phi_{\text{п}}^{2}	\theta	\theta_{1}	\sigma_{\text{п}}	kп	\phi_{\text{п}}^{2}	\theta	\theta_{1}	\sigma_{\text{п}}	kп	\phi_{\text{п}}^{2}	\theta	\theta_{1}
	m = 0,32					m = 0,33					m = 0,34
0,81											1,00	0,61	1,00	1,23	7,30
0,82	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	0,98	0,63	1,10	1,20	6,30
0,83	-	-	-	-	-	1,00	0,60	1,10	1,20	7,10	0,96	0,65	1,20	1,17	5,50
0,84	1,00	0,59	1,00	1,19	6,90	0,98	0,62	1,25	1,17	6,10	0,94	0,67	1,31	1,14	4,73
0,86	0,96	0,64	1,26	1,13	4,80	0,93	0,67	1,50	1,11	4,30	0,90	0,71	1,56	1,08	3,60
0,88	0,90	0,69	1,57	1,07	3,40	0,88	0,7	1,80	1,05	3,00	0,85	0,75	1,88	1,02	2,60
0,90	0,84	0,74	2,04	1,00	2,25	0,82	0,76	2,08	0,97	2,10	0,79	0,80	2,35	0,95	1,95
0,92	0,76	0,80	2,65	0,92	1,40	0,75	0,81	2,68	0,90	1,35	0,72	0,84	2,90	0,88	1,15
0,94	0,67	0,85	3,52	0,82	0,80	0,66	0,86	3,57	0,81	0,80	0,64	0,88	3,70	0,78	0,70
0,96	0,56	0,90	5,00	0,71	0,40	0,55	0,91	5,20	0,70	0,35	0,53	0,92	5,30	0,68	0,35
0,98	0,40	0,95	8,60	0,55	0,10	0,39	0,95	8,65	0,54	0,10	0,38	0,96	8,65	0,53	0,10
0,99	0,28	0,97	15,00	0,43	0,05	0,28	0,98	15,00	0,43	0,05	0,27	0,98	15,00	0,42	0,05

Продолжение таблицы А.10

\frac{h_{\text{нб}}}{\text{Н}_{0}}	Параметры для расчета малых мостов по затопленной схеме
	\sigma_{\text{п}}	kп	\phi_{\text{п}}^{2}	\theta	\theta_{1}	\sigma_{\text{п}}	kп	\phi_{\text{п}}^{2}	\theta	\theta_{1}
	m = 0,35					m = 0,36
0,78	-	-	-	-	-	1,0	0.64	1,0	1,28	8,05
0,80	1,0	0,63	1,0	1,25	7,75	0,97	0,67	1,14	1,23	6,50
0,82	0,97	0,67	1,18	1,19	6,00	0,94	0,71	1,34	1,17	5,10
0,84	0,93	0,70	1,36	1,13	4,60	0,91	0,74	1,54	1,11	4,05
0,86	0,89	0,74	1,61	1,07	3,60	0,86	0,77	1,77	1,05	3,05
0,88	0,84	0,78	1,94	1,01	2,55	0,81	0,81	2,11	0,99	2,25
0,90	0,78	0,82	2,36	0,94	1,80	0,75	0,84	2,53	0,92	1,55
0,92	0,71	0,85	2,90	0,86	1,15	0,69	0,87	3,05	0,85	1,05
0,94	0,62	0,89	3,80	0,77	0,65	0,60	0,90	3,90	0,76	0,60
0,96	0,52	0,93	5,20	0,67	0,35	0,51	0,93	5,20	0,67	0,35
0,98	0,37	0,96	8,65	0,53	0,10	0,36	0,97	8,70	0,52	0,10
0,99	0,27	0,98	15,00	0,42	0,05	0,26	0,98	15,00	0,41	0,05

Окончание таблицы А.10

\frac{h_{\text{нб}}}{\text{Н}_{0}}	Параметры для расчета малых мостов по затопленной схеме
	\sigma_{\text{п}}	kп	\phi_{\text{п}}^{2}	\theta	\theta_{1}	\sigma_{\text{п}}	kп	\phi_{\text{п}}^{2}	\theta	\theta_{1}
	m = 0,37					m = 0,38
0,74	-	-	-	-	-	1,00	0,68	1,0	1,35	8,95
0,76	1,0	0,66	1,0	1,33	8,70	0,97	0,70	1,15	1,30	7,10
0,78	0,97	0,69	1,15	1,27	6,95	0,95	0,73	1,30	1,25	5,90
0,80	0,95	0,72	1,28	1,21	5,80	0,93	0,75	1,42	1,19	5,05
0,82	0,92	0,74	1,50	1,15	4,50	0,90	0,78	1,65	1,13	3,90
0,84	0,89	0,77	1,70	1,09	3,66	0,87	0,80	1,85	1,07	3,25
0,86	0,84	0,80	1,92	1,03	2,85	0,85	0,83	2,09	1,01	2,45
0,88	0,79	0,83	2,20	0,97	2,15	0,78	0,85	2,35	0,95	1,95
0,90	0,73	0,85	2,65	0,90	1,47	0,72	0,87	2,80	0,88	1,37
0,92	0,67	0,88	3,15	0,84	0,95	0,66	0,90	3,30	0,83	0,85
0,94	0,59	0,81	4,05	0,75	0,55	0,58	0,92	4,15	0,74	0,50
0,96	0,50	0,94	5,25	0,66	0,35	0,49	0,95	5,30	0,66	0,35
0,98	0,35	0,97	8,70	0,52	0,10	0,34	0,98	8,70	0,51	0,10
0,99	0,26	0,98	15,00	0,40	0,05	0,25	0,99	15,00	0,40	0,05

Таблица А.11

Коэффициенты для расчета малых мостов

m	N	kс	\psi
0,32	0,84	0,45	0,76
0,33	0,83	0,47	0,78
0,34	0,81	0,49	0,81
0,35	0,80	0,52	0,83
0,36	0,78	0,54	0,84
0,37	0,76	0,56	0,86
0,38	0,74	0,58	0,88

Таблица А.12

Типы укреплений подмостового русла

Схема моста (рисунок А.1)	Длина пролетного строения Lп, м	Пролет в свету L0, м	Высота насыпи Hнас, м	П, м	B, Bдн, м	Тип укрепления
						Каменная наброска				Монолитный бетон				Плиты 49 x 49, \delta = 10\text{см}				Гибкие плитные покрытия
						Каменная наброска				Монолитный бетон				Плиты 49 x 49, \delta = 10\text{см}				\delta = 7,5\text{см}				\delta = 15\text{см}
						V, м/с	H, м	hм, м	Q, м3/с	V, м/с	H, м	hм, м	Q, м3/с	V, м/с	H, м	hм, м	Q, м3/с	V, м/с	H, м	hм, м	Q, м3/с	V, м/с	H, м	hм, м	Q, м3/с
Схема 1	6,00	4,60	2,5	0,40	3,80	2,08	0,44	0,20	1,6	4,43	2,00	0,87	15,5	2,50	0,84	0,29	2,8	2,29	0,54	0,25	2,2	3,33	1,13	0,51	6,6
	6,00	4,60	6,0	0,85	2,90				1,2	5,42	3,00	1,33	21,7				2,1				1,7				5,0
	9,30	7,90	3,0	0,30	7,30				3,1	4,95	2,50	1,09	41,6				5,4				4,2				12,6
	9,30	7,90	8,0	1,10	5,70				2,4	5,42	3,00	1,33	42,6				4,2				3,3				9,9
	11,50	10,00	3,5	0,45	9,10				3,8	5,42	3,00	1,33	68,1				6,7				5,2				15,7
	11,50	10,00	8,0	1,20	7,60				3,2	5,42	3,00	1,33	56,9				5,6				4,3				13,1
	13,50	12,00	5,0	0,80	10,40				4,4	5,42	3,00	1,33	77,8				7,7				5,9				18,0
	13,50	12,00	8,0	1,20	9,60				4,0	5,42	3,00	1,33	71,8				7,1				5,5				16,6
	16,50	15,00	5,0	0,80	13,40				5,6	5,42	3,00	1,33	100,3				9,9				7,7				23,2
	16,50	15,00	8,0	1,20	12,60				5,3	5,42	3,00	1,33	94,3				9,3				7,2				21,8
Схема 2	9,30		3,0		5,32	2,08	0,44	0,20	2,4	4,86	2,41	1,13	38,4	2,50	0,84	0,30	4,3	2,29	0,54	0,25	3,3	3,33	1,13	0,53	10,7
	9,30		4,0		2,32				1,1	5,42	3,00	1,41	34,2				2,1				1,6				5,5
	11,50		3,0		7,52				3,3	4,74	2,29	1,07	46,1				5,9				4,5				14,5
	11,50		4,0		4,52				2,0	5,42	3,00	1,41	50,6				3,7				2,8				9,3
	13,50		3,0		9,52				4,1	4,62	2,18	1,01	51,7				7,4				5,7				17,9
	13,50		5,0		3,52				1,6	5,42	3,00	1,41	43,2				2,9				2,2				7,6
	16,50		3,0		12,52				5,4	4,36	1,94	0,90	54,4				9,6				7,4				23,1
	16,50		5,0		6,52				2,9	5,42	3,00	1,41	65,6				5,2				4,0				12,7

Схема 1

рис. 3

Схема 2

рис. 4

lп — длина пролета; l0 — расстояние между устоями моста; bдн — ширина сечения по дну; Hнас — высота насыпи (размеры даны в миллиметрах)

Рисунок А.1 — Схемы моста

Приложение Б

ГРАФИКИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПОТОКА

рис. 5

I — сечение трубы круглое; II — то же, лотковое; III — то же, овоидальное

Рисунок Б.1 — График для определения средней ширины потока в сечении с критической глубиной в трубах с непрямоугольным сечением

рис. 6

Рисунок Б.2 — График для определения критической глубины потока в круглых трубах

рис. 7

Рисунок Б.3 — График для определения коэффициента \phi_{\text{тр}}

рис. 8

Рисунок Б.4 — Графики (а, б) для определения критических глубин в прямоугольных и трапецеидальных руслах при \frac{Q}{b_{\text{дн}}^{2} \sqrt{b_{\text{дн}}}} \leq 1 (цифры на кривых соответствуют коэффициенту заложения откоса)

рис. 9

1 — труба без оголовка с вертикальным срезом; 2 — то же, со срезом параллельно откосу насыпи

Рисунок Б.5 — График для определения глубины потока на входе в трубу

рис. 10

Рисунок Б.6 — Графики для расчета «безволнового» сужения

рис. 11

Рисунок Б.7 — Графики (а, б, в) для определения второго косого прыжка

Приложение В

ПРИМЕРЫ РАСЧЕТОВ

Пример В.1 Гофрированная труба без оголовков (с вертикальным срезом) расположена на автомобильной дороге. Высота насыпи Hнас = 3,5 м, ширина поверху bнас = 6,5 м, крутизна откосов 1:1,5. Уклон лотка трубы соответствует уклону лога iт = 0,03. Гладкий лоток расположен на 1/8 периметра поперечного сечения трубы.

Расходы притока с бассейна Qр = 2,4 м3/с, Q_max = ₄ м3/с. Сток снеговой — аккумуляция не учитывается.

Требуется подобрать отверстие трубы и определить подпертые глубины, а также глубины и скорости на выходе из нее.

Решение

1 Определяем длину трубы lт = 6,5 + 3,5 x 2 x 1,5 = 17 м.

2 Находим отверстие трубы.

По графику, приведенному на рисунке 2 приложения Б, определяем для трубы без оголовка с вертикальным срезом параметры расхода, соответствующие указанным заполнениям:

\text{при}(\frac{h_{\text{вх}}}{D})_{p} = 0,75 \text{П}_{Q_{p}} = \frac{Q_{p}}{D \sqrt[2]{gD}} = 0,265 ;

\text{при}(\frac{h_{\text{вх}}}{D})_{max} = 0,90 \text{П}_{Q_{max}} = \frac{Q_{max}}{D \sqrt[2]{gD}} = 0,347 .

Зная параметры расхода, находим по ним минимальные диаметры трубы по формуле (12):

при Qр = 2,4 м3/с D_{p} = (\frac{2,4}{0,265 \sqrt{9,81}})^{2/5} = 1,53\text{м} ;

при Q_max = 4,0 м3/с D_{max} = (\frac{4}{0,347 \sqrt{9,81}})^{2/5} = 1,67\text{м} .

Принимаем к расчету ближайшее большее типовое отверстие D = 2 м.

3 Устанавливаем, будет ли труба «длинной» или «короткой» в гидравлическом отношении.

Сравниваем уклон трубы iT с критическим ik. Находим ik по графику в типовом проекте для трубы D = 2 м:

при Qр \text{П}_{Q_{p}} = 0,265 ; ik = 0,015 < iт + 0,03;

при Q_max \text{П}_{Q_{max}} = 0,347 ; ik = 0,016 < iт + 0,03.

Следовательно, труба «короткая».

4 Определяем подпертые глубины перед трубой из формулы (5) для безнапорного режима.

Предварительно находим коэффициент расхода для трубы без оголовка по таблице А.6 приложения А (m = 0,33) и bk по графику, данному на рисунке Б.1 приложения Б.

Для расчетного расхода Qр = 2,4 м3/с:

\text{П}_{Q_{p}} = \frac{2,4}{2 \sqrt[2]{9,81 \times 2}} = 0,135;b_{k_{p}} = 1,40\text{м} ;

\text{Н}_{p} = (\frac{2,4}{0,33 \times 1,4 \sqrt{2 \times 9,81}})^{2/3} = 1,11\text{м} .

Для наибольшего расхода Q_max = 4 м3/с:

\text{П}_{Q_{max}} = \frac{4}{2 \sqrt[2]{9,81 \times 2}} = 0,23;b_{k_{max}} = 1,56\text{м} ;

\text{Н}_{max} = (\frac{4}{0,33 \times 1,56 \sqrt{2 \times 9,81}})^{2/3} = 1,46\text{м} .

5 Находим возвышение бровки полотна над подпертым уровнем \Delta_{\sigma\text{п}} при высоте насыпи Hнас = 3,5 м:

\Delta_{\sigma\text{п}(\text{р})} = 3,5 - 1,11 = 2,39\text{м }>1,0 ;

\Delta_{\sigma\text{п}(max)} = 3,5 - 1,46 = 2,04\text{м }>1,0 .

Требования технических условий выдержаны.

6 Определяем глубины воды и скорости потока на выходе из трубы соответственно по пунктам 6.3.5 и 6.3.6:

при Qр = 2,4 м3/с \text{П}_{Q_{p}} = 0,135 ; (\frac{h_{\text{вых}}}{D})_{p} = 0,21 ;

h_{\text{вых}(p)} = 0,21 \times 2 = 0,42\text{м}; \frac{v_{\text{вых}(p)}}{\sqrt{gD}} = 0,85 ;

v_{\text{вых}(p)} = 0,85 \sqrt{2 \times 9,81} = 3,77\text{м}/\text{с} .

при Q_max = 4 м3/с \text{П}_{Q_{max}} = 0,23 ; (\frac{h_{\text{вых}}}{D})_{max} = 0,335 ;

h_{\text{вых}(max)} = 0,335 \times 2 = 0,67\text{м}; \frac{v_{\text{вых}(max)}}{\sqrt{gD}} = 1,05 ;

v_{\text{вых}(max)} = 1,05 \sqrt{2 \times 9,81} = 4,65\text{м}/\text{с} .

Пример В.2 Необходимо назначить отверстие круглой железобетонной трубы с раструбным оголовком с учетом аккумуляции. Расход Qпр = 3,6 м3/с, объем ливневого стока W = 318 м3, уклон лога перед сооружением i\prime_{\text{л}} = 7\% , уклон склонов перед сооружением i\prime_{\text{с}} = 8\% , k0 = 280.

Решение

Строим зависимость расхода воды, поступающей в сооружение от подпора перед трубой. Для этого в расчетной формуле (1) сначала определяем Qсоор при H3 = 0. Qсоор = 4,3 м3/с. Затем определяем H3 при Qсоор = 0. H30 = 63,7.

Совмещаем полученный график с графиком пропускной способности труб и на пересечении графиков находим расход и подпор перед трубой с учетом аккумуляции (рисунок В.1).

рис. 12

Рисунок В.1 — Определение отверстия трубы с учетом аккумуляции графическим методом (цифры на кривых соответствуют отверстию трубы, м)

Минимальное отверстие трубы, соответствующее условию безнапорного протекания, равно 1,25 м. H = 1,3 > 1,25 x 1,1 = 1,375.

Пример В.3 Требуется рассчитать отверстие малого моста с откосными крыльями и определить напор воды перед ним при Q = 26 м3/с и бытовой глубине воды в логе hнб = 0,5 м. Подмостовое русло предполагается укрепить монолитным бетоном.

Решение

1 В соответствии с заданным типом укрепления русла устанавливаем, что vдоп = 5,25 м/с.

2 Коэффициент расхода для принятого типа устоев моста m = 0,35. По таблице А.11 приложения А \psi = 0,83 ; N = 0,8; kс = 0,52.

3 Принимая, что подмостовое русло неподтоплено, т.е. \sigma_{\text{п}} = 1 , вычисляем напор

\text{Н}_{0} = \frac{\psi^{2}v_{\text{доп}}^{2}}{\sigma_{\text{п}}^{2}g \sqrt[3]{2m^{2}}} = \frac{0,68^{2} \times 4^{2}}{1^{2} \times 9,81 \sqrt[3]{2 \times 0,35^{2}}} = 1,8\text{м} .

Так как условие hнб < NH0 (0,50 < 0,8 x 1,8) выполнено, то подмостовое русло действительно неподтоплено, и поэтому полученное значение напора может быть использовано для дальнейших расчетов.

4 Определяем размер отверстия моста

b_{k} = \frac{Q}{m \sqrt{2g} H_{0}^{3/2}} = \frac{26}{0,35 \sqrt{2 \times 9,81} \times 1,8^{3/2}} = 6,94\text{м} .

Принимаем ближайший стандартный размер отверстия b\prime_{k} = 7,5\text{м} .

5 Уточненное значение напора

\text{Н}\prime_{0} = \text{Н}_{0} \sqrt[3]{(\frac{b_{k}}{b_{k}\prime})2} = 1,8 \sqrt[3]{(\frac{6,94}{7,5})2} = 1,75\text{м} .

Так как напор изменился незначительно, то критерий подтопления практически остался таким же (0,50 < 0,8 x 1,75) и подмостовое русло остается неподтопленным.

6 По формуле (51) вычисляем глубину потока в расчетном сечении

hс = 0,52 x 1,75 = 0,91 м,

а по формуле (50) - скорость протекания потока в подмостовом русле

v_{p} = \frac{26}{7,5 \times 0,91} = 382\text{м}/\text{с} ,

что меньше допускаемой (vр < vдоп), поэтому условие расчета выполнено.

БИБЛИОГРАФИЯ

[₁]	Шаталов М.Л. Бурный поток на участке прямолинейного сужения: Дисс. ... канд. техн. наук, 1984
[₂]	Унифицированные косогорные водопропускные трубы для железных и автомобильных дорог. Типовой проект ОАО «Трансмост», 2011
[₃]	Пособие по гидравлическим расчетам малых водопропускных сооружений, 1992
[4]	Укрепление русел, конусов и откосов насыпей у малых и средних мостов и водопропускных труб. Типовой проект ОАО «Трансмост», 2012

ОКС
Ключевые слова: малые искусственные сооружения, водопропускные трубы, малые мосты, гидравлические расчеты

Руководитель организации-разработчика ООО «ГЕО-ПРОЕКТ»

Генеральный директор М. Ю. Артемьев