Технико-экономическое сравнение вариантов трассы

9.2.[7]). Поскольку цифровые значения длины главного лога и уклона главного лога не совпадают с табличными, произведем интерполяцию сначала в столбце (между 0,15 и 0,30) а затем в строке (между 0,01 и 0,1). В конечном результате Кt равняется 5,24; F – площадь водосборного бассейна, равная 0,095 км2.

Расчет для остальных бассейнов проводим аналогичным образом. Показатели расчетов заносим в табл. 5.2.

Таблица 5.2. – Ведомость расчета ливневого стока

Местоположение ПК+…,м	Площадь бассейна, км2	Часовая интенсивность дождя, мм/мин		Коэффициент Кt	Расход ливневого стока м3/с
		ВП=1%	ВП=2%		ВП=1%	ВП=2%
Первый вариант трассы
ПК4+00,00	0,095	1,15	0,97	5,24	9,68	8,17
ПК19+80,00	2,25	1,15	0,97	2,67	52,97	44,68
ПК27+00,00	1,39	1,15	0,97	2,56	35,39	29,85
ПК32+00,00	0,05	1,15	0,97	5,00	5,71	4,81
ПК37+30,00	0,36	1,15	0,97	5,20	26,10	22,01
Второй вариант трассы
ПК4+00,00	0,095	1,15	0,97	5,24	9,68	8,17
ПК20+85,00	2,31	1,15	0,97	2,66	53,83	45,40
ПК26+95,00	1,44	1,15	0,97	2,55	36,30	30,54
ПК31+70,00	0,06	1,15	0,97	5,05	6,61	5,58
ПК37+30,00	0,36	1,15	0,97	5,20	26,10	22,01

Расчет расхода стока талых вод

Расхода стока талых вод производим по формуле (9.6.[7]):

где ko – коэффициент дружности половодья врайоне проектирования автомобильной дорога (Сахалинская область, г. Южно-Сахалинск) принимаемый равным 0,01; hp – расчетный слой весенних вод той же вероятности превышения, что и расчетный расход; n – показатель, учитывающий климатическую зону, равный 0,25; δ1 – коэффициент, учитывающий снижение максимальных расходов в залесенных бассейнах определяемый по формуле [7, ст.19]:

где Ал – залесенность водосбора, 100%; δ2 – коэффициент учитывающий снижение максимальных расходов в заболоченных бассейнах определяемый по формуле [7, ст.19]:

где Аб – заболоченность водосбора, 0%.

Слой стока hp устанавливается на основе натуральных наблюдений. В связи с тем, что натуральные наблюдения за стоком талых вод с малых водосборов практически не производятся, можно воспользоваться картой (см. рис 9.2.[7]), где приведены значения лишь средних слоев стока. Переход к слоям стока расчетной вероятности превышения осуществляется путем введения множителя Кр, выбранного для соответствующего коэффициента вариаций Сv, определяемого по карте (см. рис. 9.4[7]) и равного 0,35. Коэффициент асимметрии Сs для равнинных водосборов принимается равным 2Сv. Вероятность превышения для III технической категории для труб равна 2% (см. табл. 9.3.[7]). Окончательно Кр определяется по рис.9.3.[7] (Сv=0,35, расчетная вероятность превышения 2%), он равен 1,80. Слой стока талых вод hp определяется по формуле (9.7[7]):

где h’ – средний многолетний слой стока талых вод, определяемый по карте (см. рис. 9.2.7]), для Сахалинской области, г. Южно-Сахалинск, равный 250 мм.

Расчет для остальных бассейнов проводим аналогичным образом. Показатели расчетов заносим в табл. 5.3.

Таблица 5.3. – Ведомость расчета стока талых вод

Местополо-жение ПК+…,м	Площадь бассейна, км2	Расчетный слой стока талых вод Hp, мм		Коэффициенты					Расход стока талых вод, м3/с
				Сv	Кр		δ1	δ2
		ВП=1%	ВП=2%		ВП=1%	ВП=2%			ВП=1%	ВП=2%
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
Первый вариант трассы
ПК4+00,00	0,095	500	450	0,35	2,00	1,80	0,0099	1	0,005	0,004
ПК19+80,00	2,25	500	450	0,35	2,00	1,80	0,0099	1	0,08	0,07
ПК27+00,00	1,39	500	450	0,35	2,00	1,80	0,0099	1	0,06	0,05
Продолжение таблицы 5.3
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
ПК32+00,00	0,05	500	450	0,35	2,00	1,80	0,0099	1	0,002	0,002
ПК37+30,00	0,36	500	450	0,35	2,00	1,80	0,0099	1	0,02	0,01
Второй вариант трассы
ПК4+00,00	0,095	500	450	0,35	2,00	1,80	0,0099	1	0,005	0,004
ПК20+85,00	2,31	500	450	0,35	2,00	1,80	0,0099	1	0,08	0,08
ПК26+95,00	1,44	500	450	0,35	2,00	1,80	0,0099	1	0,06	0,05
ПК31+70,00	0,06	500	450	0,35	2,00	1,80	0,0099	1	0,003	0,003
ПК37+30,00	0,36	500	450	0,35	2,00	1,80	0,0099	1	0,02	0,01

Определение расчетного расхода стока

Из двух расходов, ливневого стока и стока талых вод, выбираем наибольший и принимаем его в качестве расчетного расхода, для выполнения расчета малых мостов и труб.

Таблица 5.4. –Ведомость расчетного расхода стока

Местоположение ПК+…,м	Площадь бассейна, км2	Расход ливневого стока м3/с		Расход стока талых вод, м3/с		Расчетный расход стока м3/с
		ВП=1%	ВП=2%	ВП=1%	ВП=2%	ВП=1%	ВП=2%
1	2	3	4	5	6	7	8
Первый вариант трассы
ПК4+00,00	0,095	9,68	8,17	0,005	0,004	9,68	8,17
ПК19+80,00	2,25	52,97	44,68	0,08	0,07	52,97	44,68
ПК27+00,00	1,39	35,39	29,85	0,06	0,05	35,39	29,85
ПК32+00,00	0,05	5,71	4,81	0,002	0,002	5,71	4,81
ПК37+30,00	0,36	26,10	22,01	0,02	0,01	26,10	22,01
Второй вариант трассы
ПК4+00,00	0,095	9,68	8,17	0,005	0,004	9,68	8,17
ПК20+85,00	2,31	53,83	45,40	0,08	0,08	53,83	45,40
ПК26+95,00	1,44	36,30	30,54	0,06	0,05	36,30	30,54
ПК31+70,00	0,06	6,61	5,58	0,003	0,003	6,61	5,58
ПК37+30,00	0,36	26,10	22,01	0,02	0,01	26,10	22,01

5.2. Определение проектных характеристик труб и малых мостов

5.2.1. Определение проектных характеристик труб

Подбор отверстий типовой круглой трубы покажем на примере водосборного бассейна на ПК 4+00,00

Расчетный расход для сооружения Qр = 8,17м3/с.

Труба должна работать в безнапорном режиме, т. е. Н Ј 1,2d, т.к. максимально возможный диаметр типовых круглых труб составляет 2,00 м, то при обеспечении безнапорного режима подпор воды перед трубой не должен противоречить условию из [9]:

Максимальное значение подпора, соответствующее безнапорному режиму, приведенное в таблице 1 (приложение. [9]), равно 2,38 м. Этому подпору соответствует расход QI= 10,00 м3/с.

Следовательно, необходимое количество отверстий в сооружении (очков) можно определить по формуле [9]:

где n – количество отверстий в сооружении

что при округлении (всегда в большую сторону до целых чисел) соответствует 1 отверстию (очку).

Расчетный расход на 1 отверстие (очко) определяется по формуле [9]:

где QpI – расчетный расход на 1 отверстие (очко)

Расчет пропускной способности круглойтрубы выполняется по формуле 4 [9]:

где Qc – расчет пропускной способности круглой трубы; wс – площадь сжатого сечения потока в трубе, вычисляемая при глубине в сжатом сечении hс = 0,5Н, м2; g – ускорение силы тяжести, равное 9,81 м/с; Н – подпор воды перед трубой, м.

Так как в формуле имеется два неизвестных - wс и Н, то при расчетах воспользуемся данными таблицы 3 (приложение. [9]) и графика (рис.2[9]).

Первоначальное значение подпора определим по таблицы 3 (приложение.[9]) для известного уже нам расчетного расхода на одно “очко” м3/с. Этому значению расхода соответствует подпор воды перед трубой Н = 2,14 м.

Для определения величины wс предварительно находим отношение. hc/d Так как hc = 0,5H, то отношение hc/d определяется:

где hc – толщина сжатого сечения; d – диаметр трубы, равный 2,00м

На графике (рис.2[9]) откладываем на оси ординат полученное значение отношения hc/d=0,54 и проводим горизонтальную линию до пересечения к кривой ω и определим соответствующее ему значение на оси абсцисс отношения ωс/d2 =0,44, тогда ω определяется из отношения 7 [9] и равно:

Подставляем полученные значения в формулу 4 [9] и определяем пропускную способность трубы:

Проверяем условие (6,85≥8,17). Условие не выполняется. Для увеличения пропускной способности трубы увеличиваем подпор воды перед трубой т.е. из таблицы 3 (приложение.[9]) выбираем следующее, большее значения подпора Н = 2,38 м и повторяем расчеты.

Отношение hc/d равно:

Для донного значения, hc/d используя график (рис.2[9]) определяем ω:

Подставляем полученные значения в формулу 4 [9] и определяем пропускную способность трубы:

Проверяем условие (8,05≥8,17). Условие не выполняется. Но (!) так как возможности увеличения подпора мы уже исчерпали, принимаемое следующее значение подпора Н из таблицы 3 (приложение.[9]) не соответствует безнапорному режиму (2,46>2,40), поэтому для уменьшения расчетного расхода на одно «очко» увеличиваем количество отверстий (очков) на единицу, т.е. n=2, и повторяем все расчеты:

Этому значению расхода в табл. 3 (приложение. [9]) соответствует ближайшее большее значение Н, равное 1,47 м.

Отношение hc/d равно:

Для данного значения, hc/d используя график (рис. 2[9]) определяем ω:

Подставляем полученные значения в формулу 4 [9] и определяем пропускную способность трубы:

Проверяем условие (3,10≥4,09). Условие не выполняется. Для увеличения пропускной способности трубы увеличиваем подпор воды перед трубой т.е. из таблицы 3 (приложение.[9]) выбираем следующее, большее значения подпора Н = 1,65 м и повторяем расчеты.

Отношение hc/d равно:

Для донного значения, hc/d используя график (рис.2[9]) определяем ω:

Подставляем полученные значения в формулу 4 [9] и определяем пропускную способность трубы:

Проверяем условие (4,10 ≥4,09). Условие выполняется.

Проверяем условие Н Ј 1,2d (1,65 ≤ 1,2Ч2,00 = 2,40).

Условие выполняется, т. е. режим работы трубы действительно безнапорный.

Проверяем условие hл і H + 0,25 м (4,00 і 1,65+0,25). Условие выполняется.

Если это условие не выполняется, то принимаем одно из ранее предложенных решений (см. п. 1.2 [9]).

При выполнении всех этих условий определяем величину скорости течения воды на выходе из трубы (по которой в дальнейшем будем производить расчет укрепления за трубой) по формуле 14 из [9] для безнапорного и полунапорного режимов:

и делаем по расчету вывод: окончательно проектируем круглую 2-х очковую трубу диаметром 2,00 м, глубиной воды перед трубой Н=1,65 м и скоростью течения воды на входе в трубу Vвх = 3,42 м/с.

Расчет для остальных бассейнов проводим аналогичным образом.

Подбор отверстий типовой прямоугольных трубы покажем на примере водосборного бассейна на ПК 37+30,00

Расчетный расход для сооружения Qр = 22,01 м3/с.

Для определения пропускной способности трубы в безнапорном режиме используем формулу 6из [9]:

где b – ширина трубы взятая из таблицы 5 [9]

Методом подбора, применяя различные значения величин b и Н определяем пропускную способность трубы:

Qр = 22,01 м3/с. Н=2,65 м b=4,00 м

Проверяем условие (22,95≥22,01). Условие выполняется.

Проверяем условие Н Ј 1,2d (2,65 Ј 1,2Ч2,50 = 3,00).

Условие выполняется, т. е. режим работы трубы действительно безнапорный.

Проверяем условие hл і H + 0,25 м (8,00і2,65+0,25). Условие выполняется.

При выполнении всех этих условий определяем величину скорости течения воды на выходе из трубы по формуле 14 из [9]:

Окончательно проектируем прямоугольную 1-о очковую трубу размером 4,00х2,50 м, глубиной воды перед трубой Н=2,65 м и скоростью течения воды на входе в трубу Vвх = 4,33/с.

Расчет для остальных бассейнов проводим аналогичным образом.

Определение минимальной допускаемой высоты насыпи у трубы

Минимальная высота насыпи Нmin, обеспечивающая размещение трубы в земляном полотне дороги, зависит от подпора воды перед трубой Н, который, в свою очередь, зависит от режима протекания потока, высота трубы в свету hтр (или d для круглой трубы),толщины стенки звена круглойтрубы d, толщины дорожной одежды hдо и определяется по формуле 15 из [9]:

где hтр – высота трубы в свету (диаметр для круглой трубы), м; d - толщина стенки звена круглой трубы или толщина плиты перекрытия у прямоугольной трубы, взятые из таблицы 2 [9], м; D - толщина засыпки над трубой, считая от верха звена (плиты перекрытия) трубы до низа дорожной одежды, принимается равным 0,50 м; hдо – толщина дорожной одежды, принимается равным 0,50 м.

Определение длины трубы

Длина трубы зависитот высоты насыпи у трубы Ннас., которая определяется по продольному профилю после его проектирования и которая должна быть не менее минимальной высоты насыпи у трубы Ннас.і Нmin..

Так как высота насыпи Ннас < 6,00 м (5,39 < 6.00), то доля определения длины трубы без учета оголовков используем формулу 18 [9]:

где В – ширина земляного полотна; iтр – уклон трубы, при отсутствии дополнительных требований принимается равным уклону лога у сооружения ic; n – толщина стенки оголовка, принимается равной 0,35 м (первое и последнее звенья входят в оголовки на 0,5n); a - угол косины сооружения.

Конструктивная длина тела трубы определяется по формуле 19 [9]:

lк= lвх зв+ lзв∙ (n-1)+(n-1)∙d = 1,00+(30-1)∙1,00+(30-1)·0,03=30,87 м

где lвх зв – длина входного звена трубы, м, определяемая по таблицы 2 [9], равная 1,00 м;lзв – стандартная длина звеньев трубы, равная 1,00м; d- величина зазоров между звеньями, принимается равной 0,03 м; n – количество звеньев трубы (принимается в зависимости от длины звеньев).

Полная длина трубы определяется по формуле 20 [9]:

Lтр= lк + М + М1=30,87+3,66+3,66 = 38,19 м

где М и М1 – длина оголовка, равная, по таблице 1 [9] для труб диаметром отверстия 2,00 м.

Определение отметки горизонта подпертых вод

Отметка горизонта подпертых вод определяется для входного оголовка по формуле 22 [9]:

Расчет для остальных бассейнов проводим аналогичным образом.

5.2.2. Определение проектных характеристик малых мостов

Расчет малого моста на примере водосборного бассейна, на ПК 19+80,00

Определим размер отверстия моста по формуле (VI.8) [6]:

=18,60 м (5.24)

где: Q – расчетный расход стока, равный 52,97 м3/с;

m – коэффициент расхода, равный 0,35;

g – ускорение усвободного падения, равное 9,81 м/с2;

Н – подпор, принимаем равный 1,50 м.

Принимаем ближайшее стандартное значение b1=20,00 м.

Находим новое уточненное значение напора, по формуле (VI.10) [6]:

Н1==м(5.25)

где: Н – подпор, равный 1,50 м;

b – размер отверстия моста, равный 18,60 м;

b1- ближайшее стандартноезначение отверстие моста, равное 20,00 м.

Т.к. напор изменился незначительно, то и критерий подтопления остался таким же (0,54<1,43*0,80) и подмостовое русло остается незатопленным.

Вычисляем глубину потока в расчетном сечении, по формуле (VI.8) [6]:

hрасч= k1*H1 = 0,52*1,43 = 0,74 м.(5.26)

где: k1 – коэффициент, равный 0,52;

Н1 – уточненное значение подпора, равное 1,43 м,

Скорость протекания в подмостовом русле определяем по формуле (VI.9) [6]:

Vрасч = Q/b1*hрасч = 52,97/20,00*0.74 = 3,58 м/c, (5.27)

где: Q – расчетный расход стока, равный 52,97 м3/с;

b1- ближайшее стандартное значение отверстие моста, равное 20,00 м;

hрасч – глубина в расчетном сечении, равна 0.74 м.

Определяем наименьшее возвышение низа пролетного строения по формуле (VI.I) [6]:

(5.28)

где: – коэффициент, учитывающий снижение кривой подпора во входном сечении, принимаем равный 0,75;

Н – напор воды перед мостом, равное 1,5 м.;

– технический запас низа пролетного строения над уровнем воды, равный 0,5 м.

Назначаем тип укрепления в зависимости от скорости воды и глубины потока, для скорости V = 3,58 и глубине hрасч = 0,74 м принимаем: одерновку плашмя.

Минимальная высота сооружения определяется по формуле:

Hmin= H1++hстр=1,43 + 1,63 + 0,5 = 3,56 м (5.29)

где: hстр – строительная высота балки перекрытия, равная 0,5 м.

В таблице 5.6 приведен расчет малых мостов для первого и второго варианта трассы.

Таблица 5.6- Ведомость проектных характеристик малых мостов

ПК+ м	Расчетный расход Qр м3/с	Тип устоя	Расчетная ширина пролетного строения в, м	Стандартная ширина пролета в1 м	Уточненное значение подпора H1, м	Глубина потока hр, м	Скорость течения Vр, м/с	Наименьшее возвышение пролетного строения над водой, ΔHmin, м.	Минимальная высота сооружения, Нmin, м.	Тип укрепления
ПК19+80,00	52,97	Устои с откосными крыльями, m = 0.35	18,60	20,00	1,43	0.74	3,58	1,63	3,56	мощение на щебне из рваного камня размером 25 см.
ПК20+85,00	53,83	Устои с откосными крыльями, m = 0.35	18,90	20,00	1,44	0.75	3,59	1,63	3,57	мощение на щебне из рваного камня размером 25 см.

5.3. Определение вида и объема укрепительных работ

Определение вида и объема укрепительных работ покажем на примере водосборного бассейна на ПК 4+00,00

Для расчета принимаем вид укрепление с погребенным откосом.

Определение вида и объема укрепительных работ на выходе из сооружения

Рис.5.3. Схема укрепление выходного участка за трубами

Для определения длины укрепления используем формулу (VI.70 [10]):

Lукр=(2ч3)·d(b)=2,5·2,00=5,00 м

где Lукр – длины укрепления; d – диаметр трубы, равный 2,00м; b – ширина прямоугольной трубы.

Определяем отношение (Lукр·tgβ)/b и по таблицы (XIV.26[8]) находим величину Δ/Н:

(Lукр·tgβ)/b=(5,00·1)/2,00=2,5

тогда Δ/Н=0,715

Вычисляем глубину воронки размыва по формуле (стр.220[10]):

Δ=(Δ/Н)·Н=0,715·1.65=1,18 м

где Δ – глубина воронки размыва.

Тат как глубина откоса должна быть больше глубины воронки размыва, то глубину откоса определяем по формуле:

hотк=Δ+0.50м=1,18+0,50=1,68 м

где hотк – глубина откоса.

Определяем длину откоса по формуле:

где Lотк – длина откоса укрепления.

Полная длина укрепления будит складываться из длины откоса и длины укрепления:

L= Lукр+ Lотк=5.00+2,38=7,38 м

где L – полная длина укрепления

Рис 5.4. Тип оголовка и ширина укрепления

Исходя из анализа рис. 5.4. определяем ширину укрепления:

Вукр=2·(1,00+0,35+М+0,40)+n∙d+(n-1)·(2·δ+0.03)=2·(1.00+0.35+

+3.66+0.40)+2∙2.00+1·(2·0.16+0.33)=15.47 м

где Вукр – ширина укрепления; М – длина оголовка, равная, для труб диаметром 2,00м –3,66м; δ – толщина звена оголовка, равная 0,16м

Находим площадь укрепления по формуле:

Fукр=L·Вукр=38,19·15,47=239,32 м

где Fукр – площадь укрепления.

Определяем расчетную скорость на выходе из сооружения по формуле:

Vвых=1.5·Vвх=1,5·3,42=5,13 м/с

где Vвых – скорость на выходе из сооружения;

По данным приложения (22[10]) устанавливаем, что при Vвых=5,13 м/с и минимальной глубине подпора h=0.40м нижний бьеф у сооружения необходимо укрепить облицовкой из бетона и железобетона.

Определение вида и объема укрепительных работ перед сооружением

Для определения длины укрепления используем формулу:

L= Lукр·0,4=5,00·0,4=2,00 м

где L – полная длина укрепления.

Ширина укрепления на входе и на выходе из сооружения не изменяется.

Находим площадь укрепления по формуле:

Fукр=L·Вукр=2,00·15,47=30,94 м

где Fукр – площадь укрепления.

По данным приложения (22[10]) устанавливаем, что при Vвых=5,13 м/с и минимальной глубине подпора h=0.40 м, верхний бьеф у сооружения необходимо укрепить бутовой кладкой из средних пород

Расчет для остальных бассейнов проводим аналогичным образом

6 Составление сокращенных продольных профилей

6.1. Анализ условий и назначение руководящей рабочей отметки

Район проектирования и строительства автомобильной дороги относится ко ΙΙ дорожно-климатической зоне. При анализе условий проектирования используются показатели верхнего слоя грунта по ΙΙ и ΙΙΙ типу местности по увлажнению из таблицы 21 [12], средняя многолетняя высота снегового покрова, минимальная высота насыпи над трубами и у мостов. Расчет руководящих рабочих отметок производим по формулам из [5]:

1). При Ι-ом типе местности по увлажнению:

где hд.о. –