Линия, соединяющая наиболее пониженные точки бассейна, называется логом (тальвегом или руслом) бассейна. Боковые поверхности, ограниченные боковыми водоразделами и тальвегом, называются склонами бассейна.

При работе над курсовым или дипломным проектом следует наметить на планшете (карте) по каждому варианту предварительное положение водопропускных сооружений и границы водосборов для каждого из них.

При нанесении границ бассейнов могут встречаться случаи, когда один или несколько бассейнов являются частью более сложного (составного) бассейна (рис. 2.32). Искусственное сооружение

№1 через р. Зейка должно пропускать воду не только с бассейна

№1 (справа от трассы), но и с бассейнов № 2, 3 и 4, расположенных слева от нее.

Рис. 2.32. Пример составного бассейна

2.7.3. Расчет стока с водосборных бассейнов

Для подбора типа водопропускного сооружения и его отверстия следует определить количество притекающей воды в единицу времени, называемое расходом стока Q, м3/с. Для проектирования малых ИССО следует определить два значения расхода воды:

– расчетный Qp, имеющий вероятность превышения 1 : 100 (1 %) для железнодорожных линий I–III категорий и 1 : 50 (2 %) – для линий IV–V категорий;

56

– максимальный (наибольший) Qmax, имеющий вероятность превышения 1 : 300 (0,33 %) для железнодорожных линий I–III категорий и 1 : 100 (1 %) – для линий IV–V категорий.

По происхождению различают ливневый сток, возникающий при выпадении из атмосферы жидких осадков, и сток от снеготаяния, наблюдающийся, как правило, в весеннее время при таянии снега.

Для расчета количества притекающей воды к каждому из сооружений понадобится знать площади бассейнов и уклоны главного лога.

Площадь бассейна F, км2, определяется планиметром или с помощью соответствующей опции программного комплекса Robur Rail.

Уклон главного лога Jл, ‰, равен отношению разности отметок точек В и в к длине главного лога L (рис. 2.33):

где НВ, Нв – отметки точек В и в соответственно, м.

Длина главного лога L, км, определяется как длина тальвега Вв

(см. рис. 2.33).

Рис. 2.33. План водосборного бассейна

57

Расчет ливневого стока. В курсовом проекте расчетный расход ливневого стока 1%-й вероятности превышения для песчаных почв можно определить приближенным номографическим методом в зависимости от площади F водосбора и уклона главного лога J применительно к конкретному ливневому району, соответствующему заданному району проектирования, и группе климатических районов (см. рис. 2.34).

Номер ливневого района определяется по карте-схеме (рис. 2.35), а номер группы климатических районов – по табл. 2.18.

Таблица 2.18

Ливневые и климатические районы

Рис. 2.34. Номограмма для определения расходов ливневого стока 1%-й вероятности превышения при песчаных и супесчаных почвах

Для определения расходов иных вероятностей превышения и в случае почв, отличных от песчаных и супесчаных, расход ливневого стока, полученный по номограмме Qном, следует умножить на поправочный коэффициент kл (табл. 2.19), т. е. Qр = Qном kл.

58

Пример. Определить расход ливневого стока вероятности превышения р = 0,33 % с водосбора площадью F = 3,5 км2 в Кемеровской области. Грунты – суглинки, уклон главного лога Jл = 23 ‰.

По карте-схеме ливневых районов (рис. 2.35) Кемеровская область относится к 5-му ливневому району, который входит в III группу климатических районов (см. табл. 2.18). В правой части номограммы (см. рис. 2.34) на шкале F находим точку, соответствующую площади водосбора 3,5 км2 и проводим через нее вертикальную прямую до пересечения с наклонной линией 5, относящейся к 5-му ливневому району. Полученную точку проецируем на вертикальную ось Y (точка а). В левой части номограммы на шкале J находим точку, соответствующую уклону главного лога 23 ‰, и через нее проводим вертикаль до пересечения с линией, соответствующей III группе климатических районов. Полученную точку проецируем на вертикальную ось Х (точка б). Соединив точки а и б, на пересечении со шкалой Q находим Qном = 22 м3/с. Вероятность превышения этого расхода 1 % и соответствует песчаным и супесчаным почвам. Для суглинков при р = 0,33 % поправочный коэффициент k = 1,46 (см. табл. 2.19). Искомый расход:

Qmах = 22 · 1,46 = 32,1 м3/с.

Расчет стока весеннего снеготаяния. Расход стока весеннего снеготаяния зависит от климатических условий района и характеристик водосборного бассейна: площади, озерности и заболоченности.

Климатические условия района определяют элементарный модуль стока – расход воды, м3/с, стекающей во время снеготаяния с 1 км2 площади водосбора. Элементарный модуль снегового стока вероятностью превышения р = 1 % С1% определяется по карте изолиний элементарного модуля снегового стока (рис. 2.36). Штриховая линия на карте изолиний показывает южную границу территории, на которой преобладает снеговой сток. На территории южнее этой границы преобладает, как правило, ливневый сток.

59

60

Рис. 2.35. Карта-схема ливневых районов на территории России, стран СНГ и Балтии

Расположенные в пределах водосбора болота и озера аккумулируют талые воды и уменьшают расход стока весеннего снеготаяния. Озерность и заболоченность определяют в процентах как отношение площади болота или озера к общей площади водосбора.

В курсовом проекте расход весеннего снеготаяния вероятностью превышения р = 1 % можно определять с помощью номограммы (рис. 2.37).

Для определения расходов иной вероятности превышения расход, полученный по номограмме, следует умножить на коэффициент k = 1,37 для р = 0,33 % и k = 0,87 для р = 2 %. Если в пределах водосбора нет болот, то при пользовании номограммой заболоченность условно принимается равной 1 %. При степени озерности более 20 % сток следует определять для озерности 20 % и заболоченности 1 %.

Пример. Определить максимальный расход весеннего снеготаяния вероятности превышения 0,33 % для водосбора площадью F = 0,65 км2 в Томской области. Озерность 1 %, заболоченность 1 %.

По карте изолиний элементарный модуль снегового стока для района Томска С1% = 1,0. На шкале F левой части номограммы (см. рис. 2.37) находим точку, соответствующую F = 0,65 км2, и проводим вертикальную прямую до пересечения с линией, соответствующей элементарному модулю весеннего снеготаяния С1% = 1,0. От точки пересечения проводим горизонтальную линию до пересечения со шкалой Х.

На правой части номограммы находим точку, соответствующую заболоченности 1 % и проводим вертикальную линию до пересечения с линией озерности 1 %. Полученную точку отмечаем на шкале Y. Соединив точки на шкале Х и Y, в точке пересечения со шкалой Q находим расход Q1% = 1 м3/с. Максимальный расход с вероятностью превышения р = 0,33 % равен: Qmах = 1,0 · 1,37 = 1,37 м3/с.

Расходы стока вероятностью превышения р = 1 % Q1% используются для выбора типа и отверстия водопропускных сооружений. Максимальные расходы вероятностью превышения р = 0,33 % Q0,33% служат для проверочных расчетов достаточности высоты насыпи в месте расположения водопропускного сооружения для исключения затопления земляного полотна.

62

Расчеты ливневого стока и стока от снеготаяния в курсовом проекте можно выполнить для одного бассейна. Для остальных бассейнов расчеты выполняются только для доминирующего стока.

2.7.4.Определение отверстий малых водопропускных сооружений

ипроверки их сохранности

Отверстия малых водопропускных сооружений подбираются по графикам прил. А (рис. А1–А13), где водопропускная способность дана в функции глубины подпертой воды перед сооружением hп. Отверстие сооружения должно обеспечивать сохранность самого сооружения и подходных насыпей при расчетном и максимальном расходах воды.

На графиках водопропускной способности труб (см. рис. А1– А4) есть две дополнительные линии. Одна, со штриховкой выше линии, соответствует границе перехода режима протекания воды от безнапорного к напорному (в случае круглых железобетонных труб) или к полунапорному (в случае прямоугольных труб). Другая, со штриховкой ниже линии, ограничивает расчетные расходы, при которых обеспечивается безнапорный режим протекания воды в трубе с соблюдением нормативного требования возвышения внутренней поверхности трубы над уровнем водного потока во входном сечении.

Кривые водопропускной способности эстакадных мостов показаны на рис. А5–А11 в зависимости от высоты насыпи, подпора воды перед сооружением и схемы разбивки отверстия моста на пролеты. При проектировании рекомендуется использовать следующие схемы разбивки отверстия моста на пролеты: 1) 6,0 м × n; 2) 9,3 м × n; 3) 11,5 м × n; 4) 9,3 м + 13,5 м × m + 9,3 м; 5) 11,5 м + + 16,5 м × m + 11,5 м, где n – общее число пролетов в схеме моста; m – число внутренних пролетов.

При высоте насыпи более 8 м проектируют железобетонные мосты с массивными опорами и обсыпными устоями (рис. 2.38). Водопропускную способность таких мостов можно определить в зависимости от ширины русла по дну bдн и напора Н (см. рис. А12).

64

На диаграмме рис. А13 показана сфера наиболее эффективного применения многопролетных эстакадных мостов при высотах насыпей до 8 м. Минимальная высота насыпи для мостов эстакадного типа 2 м.

Рис. 2.38. Железобетонный мост с массивными опорами и обсыпными устоями

Принятые проектные решения по типам и отверстиям водопропускных сооружений должны быть проверены на достаточность высоты насыпи у сооружения. При этом следует выполнить три проверки.

Проверка 1. Обеспечение сохранности водопропускных труб. При подборе типа и отверстия водопропускной трубы следует соблюдать следующие условия:

1.Отверстие трубы (см. рис. А1–А4) следует подбирать таким образом, чтобы расчетный расход находился в зоне расчетных расходов. Значения 2Q и 3Q по оси абсцисс соответствуют водопропускной способности двух- и трехочковых труб.

2.Высота насыпи в месте расположения сооружения должна быть не менее минимальной высоты, необходимой для размещения конструкции трубы:

где h0 – высота трубы в свету, м; δ – толщина перекрытия трубы, м;

hзасып – минимальная толщина засыпки над трубой, м (1,0 – для железобетонных труб; 1,2 – для металлических гофрированных труб);

65

hш – толщина шпалы, м (0,18 – для деревянных; 0,193 – для железобетонных); hбал – толщина балласта под шпалой (зависит от конструк-

ции ВСП – см. прил. Б); hслив – высота сливной призмы, м (0,15 – для однопутных железных дорог; 0,2 – для двухпутных линий).

Толщина стенок круглых железобетонных труб приведена в табл. В1, а толщина перекрытий прямоугольных железобетонных и бетонных труб – в табл. В2 и В3 соответственно. Толщина стенок металлических гофрированных труб может быть принята в пределах от 2,0 до 4,2 мм.

Высоту трубы в свету h0 для круглых труб следует принимать равной ее диаметру, а для прямоугольных труб – по данным табл. В2–В3. В этих же таблицах указана предельная высота насыпи для размещения бетонных и железобетонных труб. Для металлических гофрированных труб предельная высота насыпи составляет:

Проверка 2. Обеспечение сохранности мостов. Сохранность пролетного строения моста обеспечивается соответствующим расположением его над уровнем воды при входе потока под мост как при расчетном, так и при максимальном расходах. Проектная отметка в уровне бровок земляного полотна Нбр (рис. 2.39) должна быть:

где Нл – отметка земли в месте расположения моста, м; Нвх, Н'вх – глубина потока при его входе под мост при расчетном и максимальном расходах соответственно, м; m, m' – возвышение низа пролетного строения над уровнем воды при расчетном и максимальном расходах соответственно, м; с – строительная высота пролетного строения (расстояние от низа пролетного строения до подошвы рельса), м; hб – расстояние от подошвы рельса до уровня бровок земляного полотна, м.

66