765

ния проводим горизонтальную линию до пересечения с осью Y. Получаем точку б. Далее соединяем точки а и б прямой линией и в месте ее пересечения с осью Q получаем значение Q1% = = 8,5 м3/с. Для определения Q0,33% принимаем поправочный

коэффициент Кс = 1,37. В результате получим Q0,33% = Q1%Кс = = 8,5 ∙ 1,37 = 11,6 м3/с.

Для определения расчетных расходов можно также использовать программу «ГРИС-С».

2.6.4. Определение отверстий и выбор типов малых искусственных сооружений

В курсовом и дипломном проектах отверстия малых искусственных сооружений можно определять по графикам их водопропускнойспособности,построенныхВ.А.Копыленко[13](прил. Г), или с помощью программы «ГРИС-Т». Использование графиков покажем на примере, заимствованном из [11].

Пример. Требуется определить отверстие водопропускного сооружения при следующих исходных данных: расчетный расход в замыкающем створе Q1% = 11,1 м3/с, наибольший расход

Q0,33% = 15,4 м3/с. Отметка дна лога Нл = 202,50 м, отметка проектной линии Нбр = 205,10 м. Высота насыпи по оси водотока

равна: 205,10 – 202,50 = 2,60 м. Категория линии — III. Путь уложен на деревянных шпалах при толщине балласта под шпалой 0,45 м.

По графику (см. прил. Г, рис. Г2) подбираем круглую железобетонную трубу. Одноочковая труба непригодна, так как при отверстии 2 м она пропускает расчетный расход не более 7,8 м3/с. Поэтому выбираем двухочковую трубу 2 2 м, которая пропускает расчетный расход 11,1 м3/с при напоре Н = 1,65 м, а наибольший расход 15,4 м3/с при напоре Н = 2,05 м. Этот вариант отверстия трубы принимается в том случае, если он удовлетворяет требованиям сохранности сооружений.

Требования сохранности сооружений можно разделить на две группы: к первой относятся требования по обеспечению безопасной эксплуатации сооружений под воздействием нагрузок водного потока — гидравлические требования; ко второй — требования, обеспечивающиебезопасную эксплуатациюсооружений под воздействием статических и динамических нагрузок, — конструктивные требования.

72

Гидравлические требования учитывают положения, пере-

численные ниже.

Нормальным условием эксплуатации труб является их работа в безнапорном режиме. Поэтому отверстие трубы подбирают таким образом, чтобы расчетный расход находился в той зоне расчетных расходов (см. пример, приведенный выше), ограниченной на графиках (см. прил. Г) линией со штриховкой вниз.

Более того, нормы проектирования обязывают при выборе отверстия пропускать расчетныйрасход только при безнапорном режиме с обеспечением определенного возвышения высшей точки внутренней поверхности трубы над уровнем воды в трубе.

Согласно [14] минимальное значение принимают: в круглых и сводчатых трубах высотой до 3 м — не менее 1/4 высоты трубы в свету, высотой свыше 3 м — не менее 0,75 м; в прямоугольных трубах высотой до 3 м — не менее 1/6 высоты трубы, высотой свыше 3 м — не менее 0,50 м. Отметим, что нижние линии со штриховкой на рисунках прил. Г обеспечивают минимальное значение .

Для металлических гофрированных труб, применяемых в районах с обычными климатическими условиями, наибольший допускаемый напор ограничен требованиями: hвх < 0,75D при пропуске расчетного расхода и hвх < 0,9D при пропуске наибольшего расхода, где D — диаметр трубы.

Для мостов должна обеспечиваться сохранность пролетных строений при пропуске водного потока. С этой целью нормами установленоминимальноевозвышение низапролетногостроения над уровнем воды во входном сечении моста. В случае пропуска расчетного расхода при глубине Н подпертой воды менее 1 м указанное возвышение принимают равным 0,50 м, при Н более 1 м — 0,75 м, при наличии заторов льда на реке — 1,0 м и при наличии карчехода — 1,50 м; в случае пропуска наибольшего расхода — 0,25; 0,25; 0,75 и 1,0 м соответственно.

Для выполнения рассматриваемого требования отметка Нб.п бровки земляного полотна на подходах к мосту должна удовлетворять условию

где Нл — отметка дна лога; hвх — глубина воды во входном сечении моста; с — строительная высота пролетного строения;

73

d — расстояние от бровки земляного полотна до подошвы рельса.

Другие гидравлические требования, предъявляемые к малым водопропускным сооружениям, рассмотрены в учебнике [1].

Конструктивные требования к водопропускным трубам и мостам изучаются в курсе «Проектирование мостов», поэтому укажем только необходимые.

Минимальная высота насыпи для размещения труб ограничивается необходимой толщиной засыпки над их сводом, обеспечивающей погашение динамических нагрузок подвижного состава, передаваемых на трубу. Толщина этой засыпки hз над звеньями или плитами перекрытия железобетонных и бетонных труб, включая пешеходные тоннели, должна составлять не менее 1 м (для металлических гофрированных труб (МГТ) — не менее 1,2 м), считая от поверхности трубы до подошвы рельса. В пределах станций толщину засыпки над этими сооружениями допускается уменьшать до 0,5 м.

Минимальная высота насыпи должна удовлетворять следующему требованию:

где hт — высота трубы в свету, м; — толщина перекрытия или свода трубы, м; hз — толщина засыпки над трубой, м.

где hш — толщина шпалы, м (0,18 — для деревянных шпал; 0,23 — для железобетонных); hслив — высота сливной призмы, м (0,15 — для однопутных железных дорог; 0,20 — для двухпутных линий); hбал — толщина балласта под шпалой, которая рассчитывается для конкретной мощности верхнего строения пути. Ориентировочно значение Нн(min) принимается по таблице прил. Д.

На выбор типа и размеров малых водопропускных сооружений влияют следующие факторы:

—расходы и объемы притока воды с водосбора;

—высота насыпи, предусмотренная в проекте в месте размещения сооружения;

—инженерно-геологические и климатические условия.

74

Кроме того, на выбор типов сооружений оказывают влияние возможности централизованного заводского изготовления деталей и конструкций, размещение индустриальных баз для строительства, условия доставки материалов и сроки строительства дороги. Во всех случаях следует стремиться к сокращению числа типов и размеров сооружений на проектируемой линии.

Рассмотримнекоторые рекомендации,которыекасаются сфер применения сооружений разных типов.

Минимальная высота насыпи по конструктивным условиям для размещения типовых труб колеблется в широком диапазоне — от 1,2 до 4 м (см. прил. Д).

Максимальная высота насыпи для типовых круглых и пря-

моугольных железобетонных труб приестественных нескальных основаниях составляет 19 м. Для металлических гофрированных

труб Нн(max) при D = 1,5 м составляет 7,4/10,7 м; при D = 2,0 м

— 4,5/7,6 м; при D = 3,0 м — 4,7/7,9 м. Здесь числитель соответствует модулю деформации грунта Егр засыпки не менее 15 МПа,знаменатель —не менее 30 МПа, трубыдиаметром 3,0 м можно принимать при Егр 35 МПа. При более высоких насыпях допускается применять трубы только индивидуального проектирования.

Область применения металлических труб ограничивается их меньшей водопропускной способностью по сравнению с круглыми железобетонными трубами тех же отверстий и сравнительно небольшой максимально допустимой высотой насыпи. Трубы из гофрированного металла применяют на периодических водотоках без наледеобразования. В районах с суровым климатом необходимо использовать конструкции металлических труб в северном исполнении, предназначенные для эксплуатации при средней температуре наружного воздуха наиболее холодной пятидневки ниже минус 40 °С.

Железобетонные и бетонные трубы следует применять для пропуска периодических и постоянных водотоков, на которых отсутствуют наледи. Для северных строительно-климатических условий рекомендуется применять, как правило, железобетонные прямоугольные трубы, а также бетонные трубы с плитными железобетонными перекрытиями.Круглые звенья можно приме-

75

нять только с плоским основанием и только для одноочковых труб.

Для свободного доступа к осмотру трубы ее минимальная высота (отверстие) должна быть не менее 1,0 м при длине трубы до 20 м. При длине трубы свыше 20 м величину отверстия принимают не менее 1,25 м. В районах со средней температурой воздуха наиболее холодной пятидневки ниже минус 40 °С отверстие должно быть не менее 1,5 м независимо от длины трубы.

Недопускается применятьтрубы,есливозможныледоходили карчеход, а также на водотоках с большим количеством взвешенных частиц и в местах возможного возникновения селей. Для пропуска селевых потоков следует предусматривать однопролетные мосты отверстием не менее 4 м.

При выборе малых водопропускных сооружений предпочтительнее использовать индустриально типовые сборные трубы, которые в меньшей степени, чем мосты, нарушают целостность земляного полотна. Если трубы не обеспечивают потребную водопропускнуюспособность,целесообразныэстакадныемосты. Эти же мосты следует сооружать взамен труб при невысоких насыпях (2–3,5 м).

С целью сокращения числа переездов и переходов в одном уровненормы проектирования [6]разрешаютувеличиватьотверстия труб и малых мостов и использовать их в качестве пешеходных переходов, скотопрогонов, а в случае необходимости — для пропуска транспортных средств.

Контрольные вопросы

1.Перечислите виды малых водопропускных сооружений.

2.Что такое отверстие водопропускной трубы?

3.Какие типы сборных водопропускных труб применяют на железных дорогах?

4.Какие типы малых мостов применяют на железных дорогах?

5.Что такое периодический водоток?

6.Что называют водосбором искусственного сооружения?

7.Перечислите геометрические характеристики водосборного бассейна.

8.Назовите гидроморфологические характеристики водосборного бассейна.

76

9.Напишите формулу для определения уклона главного лога.

10.Дайте характеристики расчетному и наибольшему расходам.

11.Расскажите о приближенном методе определения расчетного расхода ливневого стока.

12.Расскажите о приближенном методе определения расхода стока от снеготаяния.

13.Назовите основные гидравлические требования к сохранности малых водопропускных сооружений.

14.Каково основное конструктивное требование к размещению водопропускных труб?

15.Назовите факторы, влияющие на выбор типа и размера малых водопропускных сооружений

16.Какие имеются ограниченияпо высоте насыпи для железобетонных и металлических гофрированных труб?

17.Какие имеются ограничения применения типовых водопропускных труб в суровых климатических условиях?

18.Каким водопропускным сооружениям — мостам или трубам — следует отдавать предпочтение при прочих равных условиях?

3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ МОСТОВОГО ПЕРЕХОДАЧЕРЕЗ БОЛЬШОЙ ВОДОТОК

Мостовым переходом (МП) называется комплекс сооружений, возводимый в границах разлива высоких вод при пересечении железной дорогой постоянного водотока мостом (рис. 3.1).

МП обычно включает в себя следующие сооружения:

—мост;

—подходные насыпи;

—регуляционные сооружения;

—укрепительные сооружения.

Мост перекрывает во время высокой воды часть живого сечения реки, в которую входят русло (самая глубокая часть живого сечения,где водапротекаетпостоянно)имежень(период малой водности, когда река пополняется главным образом подземными водами).

Уровень меженных вод (УМВ) — средний уровень воды в реке после спада половодья.

Мост обычно перекрывает некоторую часть пойм, периодически заливаемых высокими водами во время половодий или паводков.

77

Рис. 3.1. Схема мостового перехода:

а —поперечное сечение; б — план мостового перехода

Подходные насыпи располагаются на поймах. Они должны возвышаться над уровнем высоких вод (УВВ) половодий и паводков весьма малой вероятности превышения. Их поперечный профиль, состав грунтов, прочность основания, тип и мощность укрепления откосов должны обеспечивать устойчивость и неразмываемость земляного полотна во время половодий и паводков.

Регуляционные сооружения (струенаправляющие дамбы)

устраивают для обеспечения плавного пропуска пойменных вод через отверстие моста.

Траверсы служат для отжима пойменных течений от подходных насыпей.

Укрепление береговпредназначено для отводарусла отсооружений.

78

3.1.Задание на проектирование

Взадание на проектирование мостового перехода включены следующие условные исходные данные:

1) преобладающеенаправлениеветровврайоне—юго-западное; 2) расчетная скорость ветра — 28 м/с; 3) класс водного пути в районе пересечения водотока — 5;

4) график H(t) колебания уровня воды в створе водомерного поста в расчетном году (рис. 3.2);

5) продолжительность навигации в расчетном году — 180 сут; 6) зафиксированныеотметки,м,уровнейвысокойводы(УВВ)

встворе стационарного водомерного поста (табл. 3.1);

7)ширина русла водотока в створе водомерного поста — 180 м;

8)отметка УМВ в створе водомерного поста — 83,00 м;

9)отметка уровня высокого ледохода (УВЛ) в створе водомерного поста — 88,00 м;

10)отметка уровня низкого ледохода (УНЛ) в створе водомерного поста — 84,00 м;

11)расчетная толщина льдин — 0,8 м;

12)ширина устойчивого русла Вр.б(max) в районе намеченного пересечения реки — 200 м;

13)характеристика грунта, слагающего русло водотока в месте пересечения реки: тип грунта — несвязный однородный со средним размером фракций 0,5 мм;

14)коэффициент шероховатости пj на участке пересечения

реки:

— для русла — 0,033;

— для левой поймы — 0,08;

— для правой поймы — 0,08;

15)уклон водной поверхности при УМВ Iм = 0,00035.

79

80

Рис. 3.2. График H(t) в створе водомерного поста в расчетном году