Проектирование нежестких дорожных одежд и мостового перехода

Тип работы:
Курсовая
Предмет:
Строительство


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Содержание

  • Раздел 1. Проектирование нежестких дорожных одежд
    • 1. Установление технической категории дороги и типа дорожной одежды
      • 2. Установление расчетной нагрузки
      • 3. Определение величины минимального требуемого модуля упругости конструкции дорожной одежды
      • 4. Определение требуемого уровня надёжности и коэффициента прочности
      • 5. Конструирование дорожной одежды
      • 6. Определение расчётных характеристик материалов конструктивных слоёв и грунта рабочего слоя
      • 7. Расчёт дорожной одежды
      • 7.1 Расчёт дорожной одежды по упругому прогибу
      • 7.2 Расчёт дорожной одежды на сдвиг в грунте земляного полотна
      • 7.3 Расчёт дорожной одежды на сдвиг в песчаном слое
      • 7.4 Расчёт слоёв асфальтобетона на растяжение при изгибе
      • 8. Проверка дорожной конструкции на морозоустойчивость
      • Раздел 2. Проектирование мостового перехода и подходов к нему
      • 1. Определение расчётного расхода
      • 2. Определение вспомогательных характеристик потока
      • 3. Расчёт отверстия моста
      • 4. Определение размеров струенаправляющих дамб
      • 5. Расчёт размывов
      • 5.1 Расчёт общего размыва
      • 5.2 Расчёт размыва у промежуточной опоры
      • 5.3 Расчёт размыва в голове струенаправляющей дамбы
      • 5.4 Расчёт подпоров
      • 5.5 Определение расчётного судоходного уровня
      • 5.6 Проектирование подходов к мосту
      • 6. Проектирование малых водопропускных сооружений
      • 6.1 Определение расчетного расхода воды дождевых паводков и от талых вод
      • 6.2 Определение расчетного расхода по СНиП 2. 01. 14−83
      • 6.3 Определение расчетного расхода от талых вод с малых водосборов
      • 6.4 Расчет отверстий водопропускных труб
      • Список литературы
      • Введение
      • Современная автомобильная дорога должна обеспечивать круглогодичное движение автомобилей и других автотранспортных средств по проезжей части дороги. С этой целью устраивают дорожную одежду в пределах проезжей части с учетом технической категории дороги.
      • Дорожной одеждой называют твердую монолитную конструкцию из одного или нескольких конструктивных слоёв, выполненных из разнородных материалов и уложенную на поверхность земляного полотна.
      • Дорожная одежда должна хорошо сопротивляться воздействию колес автотранспортных средств, быть стойкой к влиянию погодно-климатических факторов и отвечать основным транспортно-эксплуатационным требованиям (прочности, ровности, шероховатости, беспыльности).
      • Современные дорожные одежды по механическим свойствам, т. е. по сопротивлению нагрузкам от воздействия автотранспортных средств и характеру деформирования, разделяют на две группы — жёсткие и нежёсткие.
      • К нежёстким относят те дорожные одежды, у которых сопротивление изгибу и модули упругости конструктивных слоёв существенно зависят от температуры и влажности либо сопротивление изгибу практически отсутствует.
      • Автомобильная дорога на своём протяжении пересекает многочисленные водотоки. На автомобильных дорогах при пересечении постоянных водотоков наиболее распространены мостовые переходы.
      • Перед проектировщиками и строителями мостовых переходов стоит задача создать долговечные сооружения, способные противостоять высоким паводкам, экономные в эксплуатации и красивые по архитектуре, а также дать целесообразные решения плана и продольного профиля дороги в местах переходов.

Раздел 1. Проектирование нежестких дорожных одежд

1. Установление технической категории дороги и типа дорожной одежды

Расчёт дорожных одежд нежесткого типа производят в соответствии с технической категорией автомобильной дороги, которую определяют по перспективной интенсивности на последний год эксплуатации.

Перспективная интенсивность движения по автомобильной дороге на любой год эксплуатации определяется по формуле:

где -среднегодовая суточная интенсивность движения на год эксплуатации земляного полотна, авт/сут; -перспективный срок службы земляного полотна, лет; - среднегодовая суточная интенсивность движения на начало эксплуатации дороги, авт/сут; -рост интенсивности движения,.

Для установления технической категории дороги принимается.

По расчетной перспективной интенсивности движения определяется техническая категория дороги в соответствии со СНиП 2. 05. 02 — 85 [1]. Интенсивность движения равная авт/сут соответствует III технической категории дороги.

Нормативными документами предусмотрены следующие типы дорожных одежд:

капитальные — покрытия цементобетонные монолитные, железобетонные и армобетонные (сборные) и асфальтобетонные;

облегченные — покрытия асфальтобетонные, дёгтебетонные, из щебня, гравия и песка, обработанных вяжущими материалами;

переходные — покрытия щебёночные и гравийные, из грунтов и местных малопрочных каменных материалов, обработанных вяжущим;

низшие — покрытия из грунтов, укреплённых вяжущими материалами или улучшенных добавками.

Тип дорожной одежды и вид покрытия определяются в зависимости от технической категории дороги в соответствии с ОДН 218. 046 — 01 [2]. К расчёту примем нежёсткую дорожную одежду капитального типа.

2. Установление расчетной нагрузки

дорога морозоустойчивость дамба мост

При проектировании дорожных одежд за расчётную принимают нагрузку, соответствующую расчётному автомобилю группы В данном курсовом проекте расчёт будем вести по расчётной нагрузке которой соответствуют параметры:

— нормативная статическая нагрузка на ось;

— нормативная статическая нагрузка на поверхность покрытия от колеса;

— среднее удельное давление колеса на покрытие;

— диаметр следа движущегося колеса;

Срок службы дорожной одежды принимается в зависимости от категории дороги, типа дорожной одежды и дорожно-климатической зоны.

Приведённую интенсивность воздействия расчётной нагрузки на последний год срока службы дорожной одежды определяется по формуле:

где — коэффициент, учитывающий число полос движения [2, табл. 3. 2]; - общее число марок транспортных средств в составе потока; - число проездов в сутки в обоих направлениях транспортных средств -ной марки на последний год срок службы дорожной одежды; - суммарный коэффициент приведения транспортного средства -ной марки к расчетной нагрузке [2, Таблица П. 1. 3].

определяется по формуле:

где — доля автомобилей -ной марки в составе транспортного потока.

Тогда:

Суммарное число приложений расчетной нагрузки к точке на поверхности конструкции дорожной одежды за срок её службы определяется по формуле:

где — число расчетных дней в году, соответствующих определённому состоянию деформируемости конструкции [2, Таблица П. 6. 1]; -расчётный срок службы дорожной одежды, лет; - коэффициент, учитывающий вероятность отклонения суммарного движения от среднего ожидаемого значения [2, Таблица 3. 3]; q — показатель изменения интенсивности движения данного типа автомобиля по годам (где — рост интенсивности движения, — коэффициент суммирования:

Подставляя в формулы 2.3 и 2.4 необходимые значения, получим:

3. Определение величины минимального требуемого модуля упругости конструкции дорожной одежды

Величина требуемого модуля упругости дорожной одежды определяется по формуле

,

где — суммарное расчётное число приложений нагрузок за срок службы дорожной одежды; - эмпирический параметр, принимаемый равным для расчётной нагрузки на ось

Требуемый модуль упругости сравнивается с минимально допустимым согласно ОДН 218. 046−01, таблица 3.1 и к расчёту принимается большее значение:

К расчёту принимаем

4. Определение требуемого уровня надёжности и коэффициента прочности

Дорожная одежда проектируется с учётом требуемого уровня проектной надёжности. В качестве количественного показателя отказа дорожной одежды используется предельный коэффициент разрушения, значение которого зависит от технической категории дороги и типа дорожной одежды. Значения при коэффициенте надёжности на последний год срока службы дорожной одежды примем. Прочность конструкции количественно оценивается величиной коэффициента прочности, который имеет разную величину для расчета дорожных одежд по каждому из критериев по упругому прогибу, по сдвигу и на растяжение при изгибе.

5. Конструирование дорожной одежды

Капитальные дорожные одежды с асфальтобетонным покрытием применяют на дорогах I и II технических категориях, а при технико-экономическом обосновании — на дорогах III и IV технических категорий.

Вид, марку и тип асфальтобетона для покрытия назначают в соответствии с приложениями действующих нормативных документов [1,2] и ГОСТ 9128–97 «Смеси асфальтобетонные дорожные, аэродромные и асфальтобетон». Асфальтобетонное покрытие должно быть по возможности однослойным. На дорогах III технической категории для покрытия применяют горячие, плотные асфальтобетоны типов А, Б, В, Г и Д марки II.

Несущий слой основания капитальных дорожных одежд может состоять из одного или нескольких слоёв из прочных материалов: асфальтобетона, дёгтебетона, щебёночных смесей, обработанных вяжущими материалами; а также фракционированного щебня, уложенного по способу заклинки. К расчёту примем следующую конструкцию капитальной дорожной одежды:

— Покрытие: горячий, плотный мелкозернистый асфальтобетон типа А, марки I, на битуме марки БНД 60/90, укладываемый в горячем состоянии

— Основание: верхний слой — асфальтобетон крупнозернистый на битуме 60/90 укладываемый в горячем состоянии

— Нижние слои: черный щебень уложенный по способу заклинки

— Щебень шлаковый, уложенный по способу заклинки (толщину слоя необходимо определить расчетом).

— Дополнительный слой основания: песок мелкозернистый

— Грунт земляного полотна — супесь легкая.

6. Определение расчётных характеристик материалов конструктивных слоёв и грунта рабочего слоя

Расчётная влажность грунта определяется по формуле:

где — среднее многолетнее значение относительной влажности грунта в долях от границы текучести [3, табл. 6. 11], — поправка на особенности рельефа, для равнинных районов [3, табл. 6. 12] - поправка на конструктивные особенности проезжей части и обочин, для обочин укрепленных щебнем примем [3, табл. 6. 13] - поправка на влияние суммарной толщины стабильных слоёв дорожной одежды, определяемое по графику [3, рис 6. 2], -коэффициент нормативного отклонения, принимаемый для уровня надёжности равным

Все необходимые характеристики определяем по [3, табл. 6. 1, табл. 6. 2, табл. 6. 5, табл. 6. 15, табл. 6. 16, табл. 6. 17] и результаты занесём в таблицу 6.1.

Таблица 6.1 Расчетные характеристики материалов конструктивных слоев и грунта.

Номер слоя

Материал слоя

Расчетная температура, С

Расчет по допустимому прогибу, Е, МПа

Расчет по условию сдвиго-устойчивости, Е, Мпа

Расчет на растяжение при изгибе

Е, Мпа

R?, Мпа

б

m

1

Асфальтобетон плотный на БНД 60/90

+10

3200

+20

1800

4500

9,8

5,2

5,5

2

Асфальтобетон пористый на БНД 60/90

+10

2000

+20

1200

2800

8

5,9

4,3

3

Черный щебень

450

450

450

4

Щебень шлаковый

360

360

360

5

Песок мелкозернистый

Е=100,

с=0. 005,

ц=14?,

цст=26?

6

Супесь легкая

Е=54,

с=0. 005,

ц=14?,

цст=25?

7. Расчёт дорожной одежды

7.1 Расчёт дорожной одежды по упругому прогибу

При расчёте дорожной одежды по упругому прогибу определяется общий модуль упругости всей конструкции по формуле:

Расчёт ведётся в соответствии с расчётной схемой, приведённой на рис. № 1.

Рис. № 1. Схема расчёта дорожной одежды по упругому прогибу.

1. Находим отношение и по номограмме [2, рис. 3. 1] определяем отношение отсюда

2. Определяем отношение и по номограмме [2, рис. 3. 1] определяем отношение отсюда

3. Определяем отношение и по номограмме [2, рис. 3. 1] определяем отношение отсюда

4. Для определения толщины четвертого слоя сначала находят. Для этого определяют отношение ипо номограмме [2, рис. 3. 1] определяем отношение отсюда

5. Находим толщину четвертого слоя. Определяем отношение и по номограмме находят отношение отсюда:

7.2 Расчёт дорожной одежды на сдвиг в грунте земляного полотна

Расчёт ведётся в соответствии с расчётной схемой на рис. № 2.

Рис. № 2. Схема расчёта дорожной одежды на сдвиг в грунте земляного полотна.

1. Вычислим модуль упругости верхнего слоя модели по формуле

где — число слоёв дорожной одежды — модуль упругости -го слоя — толщина -го слоя.

2. Определим отношение:

и по номограмме [2,рис.3. 2] для находим удельное напряжение сдвига:

Активное напряжение сдвига определяется по формуле:

3. Предельное допустимое активное напряжение сдвига определяется по формуле:

где — сцепление в грунте земляного полотна или промежуточном песчаном слое; - коэффициент, учитывающий особенности работы конструкции на границе песчаного слоя с нижним слоем несущего основания, при проверке сдвигоустойчивости в подстилающем дорожную одежду грунте земляного полотна [2]; - глубина расположения поверхности слоя, проверяемого на сдвигоустойчивость от верха конструкции; - средний удельный вес конструктивных слоёв, расположенных выше проверяемого слоя, (примем в среднем 0,002 кг/смі); - расчётная величина угла внутреннего трения материала проверяемого слоя при статическом действии нагрузки, град.

Найдём отношение:

Сдвигоустойчивость в грунте земляного полотна обеспечена.

7.3 Расчёт дорожной одежды на сдвиг в песчаном слое.

Расчёт ведётся в соответствии с расчётной схемой на рис. № 3.

Рис. № 3. Схема расчёта дорожной одежды на сдвиг в песчаном слое.

1. Определим толщину верхнего слоя:

2. Определяем модуль упругости верхнего слоя по формуле

3. Вычислим отношение:

и

по номограмме [2, рис. 3. 2] для находим удельное напряжение сдвига

4. Полное активное напряжение сдвигу по формуле равно:

Определяем полное активное напряжение сдвига по формуле при (для мелкозернистых песков)

5. Найдём отношение что больше следовательно, условие сдвигоустойчивости в песчаном слое выполнено.

7. 4 Расчёт слоёв асфальтобетона на растяжение при изгибе

Расчёт ведём в соответствии с расчётной схемой на рис. № 4.

Рис. № 4. Схема расчёта слоёв асфальтобетона на растяжение при изгибе.

1. Вычисляем асфальтобетонных слоев:

2. Найдём отношение модуля упругости асфальтобетонного слоя к общему модулю упругости нижележащих слоёв и отношение по номограмме [2, рис. 3. 4] определяем растягивающее напряжение от единичной нагрузки

3. Находим полное растягивающее напряжение по формуле

где — растягивающее напряжение от единичной нагрузки — коэффициент, учитывающий особенности напряжённого состояния покрытия конструкции (под спаренным баллоном принимается 0,85) p- расчётное давление колеса на покрытие.

4. Определяем предельное растягивающее напряжение по формуле:

где — нормативное предельное сопротивление растяжению при изгибе (табл. 6,2) — коэффициент, учитывающий снижение прочности вследствие усталостных явлений при многократном приложении нагрузки — коэффициент, учитывающий снижение прочности во времени от воздействия погодно-климатических факторов [2, таблица 3,6] - коэффициент вариации прочности на растяжение при изгибе, — коэффициент нормативного отклонения, принимаемый в зависимости от уровня надёжности (для принимается).

Коэффициент определяется по формуле:

где — суммарное число приложений расчётной нагрузки за срок службы покрытия — показатель степени, зависящий от свойств материала слоя (табл. 6,1) — коэффициент, учитывающий различие в реальном и лабораторном режимах растяжения повторной нагрузкой (табл. 6. 1).

Тогда:

5. Вычисляем отношение:.

Условие на сопротивление слоя асфальтобетона усталостному разрушению от растяжения при изгибе выполняется.

8. Проверка дорожной конструкции на морозоустойчивость

Конструкция считается морозоустойчивой, если выполняется условие:

где — расчётное пучение грунта земляного полотна, — допускаемое для данной конструкции пучение грунта, по данным [2, табл. 8. 1]

Глубину промерзания дорожной конструкции определяем по формуле

где — средняя глубина промерзания [2, рис. 8. 4].

Определяем величину морозного пучения грунта земляного полотна по формуле:

где — величина морозного пучения при осредненных условиях, определяемая в зависимости от полной толщины дорожной одежды, группы грунта по степени пучинистости и глубины промерзания — коэффициент, учитывающий влияние расчётной глубины залегания уровня грунтовых или длительно стоящих поверхностных вод (для лёгкой супеси) — коэффициент, зависящий от степени уплотнения грунта рабочего слоя; - коэффициент, учитывающий влияние гранулометрического состава грунта основания насыпи или выемки, (для супесей) — коэффициент, учитывающий влияние нагрузки от собственного веса вышележащей конструкции на грунт и зависящий от глубины промерзания; - коэффициент, зависящий от расчётной влажности грунта.

Условие морозоустойчивости дорожной одежды выполняется.

Раздел 2. Проектирование мостового перехода и подходов к нему

Требуется запроектировать мостовой переход через постоянный водоток на автомобильной дороге II технической категории.

Исходные данные:

— Класс реки по НСП-103−52 «7»;

— Уклон реки в районе перехода;

— Величина коэффициентов шероховатости;

Левая пойма m=15;

Главное русло m=30;

Правая пойма m=20;

— Отметка нуля графика водомерного поста по оси перехода;

— Отметка горизонта средней межени;

— Наивысшие годовые уровни воды над нулем графика водомерного поста за 17 лет наблюдения;

— Продольный профиль на оси перехода;

— Геологический разрез по оси перехода;

— Диаметр частиц, слагающих дно русла d=1,5 мм. ;

— Продолжительность паводка, дней;

— Продолжительность навигации, дней;

— Скорость ветра при паводке м/с w=11;

— Длина разгона волн Д=2,8 км;

— Размеры льдин при ледоходе: длина l=6,0 м; ширина b=4,0 м;

— Угол подхода льдин к откосу;

— Толщина льдин при ледоходе м.

1. Определение расчётного расхода

Расчётная вероятность превышения максимальных расходов расчётных паводков для мостовых переходов на дорогах II технической категории принимается Р = 1% [4, табл. 3].

По данным, приведенным в задании, составляют ранжированный ряд (по убывающей)

Максимальных уровней воды над нулем графика водомерного поста за отдельные годы. После этого определяют эмпирическую вероятность превышения каждого уровня наибольшим по формуле [1. 1].

Сглаживание опытных данных производят с применением закона трехпараметрического гамма — распределения. Параметры аналитического кривой: определяют по методу моментов. Расчет сводят в таблицу.

Таблица 1.1 Вычисление параметров трехпараметрического гамма — распределения.

Порядковый номер №

Уровень воды над нулем графика

1

9,85

5,56

1,37

0,138

2

9,34

11,11

1,30

0,091

3

9,05

16,67

1,26

0,068

4

8,65

22,22

1,20

0,042

5

8,50

27,78

1,18

0,034

6

8,30

33,33

1,16

0,024

7

8,00

38,89

1,11

0,013

8

7,70

44,44

1,07

0,005

9

7,39

50,00

1,03

0,001

10

6,95

55,56

0,97

0,001

11

6,73

61,11

0,94

0,004

12

6,35

66,67

0,88

0,013

13

5,93

72,22

0,83

0,030

14

5,55

77,78

0,77

0,051

15

4,95

83,33

0,69

0,096

16

4,85

88,89

0,68

0,105

17

3,95

94,44

0,55

0,202

Таблица 1.2 Ординаты аналитической кривой гамма распределения.

P%

0,01

0,1

1

5

10

20

40

60

90

95

99

B

2,26

1,92

1,59

1,37

1,26

1,15

1,02

0,928

0,771

0,724

0,648

Hp%=B*Hср

16,23

13,79

11,42

9,84

9,05

8,26

7,32

6,66

5,54

5,20

4,65

По полученным данным строят кривую распределения и определяют уровень воды заданной вероятности превышения Рис. № 5

Рис. № 5. Кривая распределения максимальных уровней воды (график Microsoft Excel).

Согласно проведенному расчету уровень высоких вод с расчетной вероятностью превышения P=1% составляет следовательно, отметка расчетного уровня высоких вод равна:

Где -отметка нуля графика водомерного поста.

Для определения расчетного расхода воды по данным, приведенным в задании, строят морфоствор перехода, наносят на него расчетный уровень высокой воды. Выделяют характерные по шероховатости участки и для каждого из них вычисляют площади живого сечения и средние глубины. Вычисления производят в табличной форме (Табл. 1. 3)

Таблица 1.3 Определение площади живого сечения и

Пикет плюс

Глубина, м.

Сумма глубин

Расстояние, м.

Удвоенная площадь

Расчет

Левая пойма

20+00

0,55

100

155

21+00

1,00

100

680

22+00

5,8

100

1330

23+00

7,5

5782,5

100

1510

24+00

7,6

6,425

100

1530

25+00

7,7

100

1550

26+00

7,8

100

1570

27+00

7,9

100

1590

28+00

8,0

100

1650

29+00

8,5

Итого:

Главное русло

29+00

8,5

100

2050

30+00

12,00

2263,75

50

1275

30+50

13,50

11,31

25

660

30+75

12,90

25

542,5

31+00

8,80

Итого:

Правая пойма

31+00

8,80

100

1730

32+00

8,50

1590

100

1150

33+00

3,00

5,3

100

300

34+00

0

Итого:

Затем определяется средняя скорость и расход воды по формулам:

где — средняя скорость течения воды — показатель шероховатости — средняя глубина воды на элементе потока; - уклон реки в районе перехода.

где — площадь живого сечения потока.

Вычисление средних скоростей и расходов сведены в таблицу 1.4.

Таблица 1.4 Определение средних скоростей и расходов по элементам сечения.

Элемент сечения

Левая пойма

5782,5

6,46

3,46

0,15

0,01

15

0,5

2891,25

36,7

Главное русло

2263,75

11,31

5,03

0,15

0,01

30

1,5

3395,62

43,12

Правая пойма

1590

5,3

3,03

0,15

0,01

20

1,0

1590

20,18

Итого

7876,87

100

2. Определение вспомогательных характеристик потока

Вычисляются вспомогательные характеристики элементов живого сечения, которые потребуются при дальнейших расчетах:

— ширина меньшей поймы:

— ширина большей поймы:

— ширина русла в бытовом состоянии:

— ширина разлива реки:

— расход на 1 м левой поймы в бытовом состоянии:

— расход на 1 м главного русла в бытовом состоянии:

— расход на 1 м правой поймы в бытовом состоянии:

— средний расход 1 м всей поймы в бытовом состоянии:

— средняя глубина на пойме:

— средняя отметка поймы:

— высота средней отметки поймы над нулём графика водомерного поста:

— максимальная глубина воды в русле в бытовом состоянии:

— площадь поймы в бытовом состоянии:

— средняя скорость по элементам сечения на пойме:

левой поймы

главного русла

правая пойма

— средняя скорость течения на пойме:

— средняя скорость течения потока:

3. Расчёт отверстия моста

Определяем возможность уширения русла под мостом в зависимости от степени стеснения потока подходами и вероятностью затопления поймы

Степень стеснения потока подходами определяется по формуле:

Вероятность заполнения поймы определяется по кривой распределения ежегодных максимальных уровней (рис. № 5) для высоты средней отметки поймы над нулём графика водомерного поста. Для вероятность заполнения поймы равна Проверяем целесообразность устройства срезки по условию:

Так как, следовательно, уширение русла под мостом возможно.

В этом случае расчётная ширина русла под мостом определяют по формуле:

м

Cрезку под мостом надо устраивать за счет удаления связных грунтов пойменного наилка. Можно устраивать как одностороннюю, так и двустороннюю срезку с распределением уширения между поймами пропорционально сливу воды с каждой из них. Русло уширяется до уровня средней межени. Форма уширения русла в плане принимается эллиптического очертания с плавным сопряжением с не уширенным руслом в верхней и нижнем бьефах. Общая длина срезки назначается не менее 4−6 кратной ширины bc.

рис. № 6. Очертания срезки.

Отверстие моста назначается не менее величины, определяемой по формуле:

где — гарантийный запас на возможную погрешность расчёта, при морфометрической основе расчёта — суммарная ширина опор (для расчёта отверстия моста в свету) — ширина укрепления подошв конусов (для расчёта принимаем) — коэффициент заложения откосов (для расчётов принимаем) — глубина воды на пойме у конусов при РУВВ (по морфоствору)

Мост перекрывает левую пойму на величину:

правую пойму на величину:

Длина подхода на левой пойме равна:

на правой пойме:

4. Определение размеров струенаправляющих дамб

В зависимости от степени стеснения потока и размеров отверстия моста находим относительную длину струенаправляющих дамб по [5, табл. 7. 1] - для относительная длина

Суммарная длина верховых струенаправляющих дамб равна:

Суммарная длина верховых струенаправляющих дамб распределяется на две дамбы (левобережную и правобережную) пропорционально расходу воды, протекающей на поймах, и определяется по формулам:

Длину низовых струенаправляющих дамб определяем по формулам:

Полная длина криволинейных струенаправляющих дамб равна:

Для вычисления координат оси струенаправляющих дамб определяем геометрические параметры дамб:

для левобережной:

для правобережной:

Таблица 4.1 Результаты определения координат струенаправляющих дамб.

Номер точки

Левобережная

дамба

Правобережная

дамба

1

0

2,32

1,44

129,92

80,64

71,92

44,64

2

0,2

2,3

1,24

128,8

69,44

71,3

38,44

3

0,4

2,24

1,04

125,44

58,24

69,44

32,24

4

0,6

2,15

0,87

120,4

48,72

66,65

26,97

5

0,8

2,03

0,71

113,68

39,76

62,93

22,01

6

1

1,89

0,57

105,84

31,92

58,59

17,67

7

1,2

1,73

0,45

96,88

25,2

53,63

13,95

8

1,4

1,56

0,35

87,36

19,6

48,36

10,85

9

1,6

1,38

0,25

77,28

14

42,78

7,75

10

1,8

1,19

0,19

66,64

10,64

36,89

5,89

11

2

1

0,13

56

7,28

31

4,03

12

2,2

0,81

0,09

45,36

5,04

25,11

2,79

13

2,4

0,61

0,05

34,16

2,8

18,91

1,55

14

2,6

0,41

0,02

22,96

1,12

12,71

0,62

15

2,8

0,21

0,01

11,76

0,56

6,51

0,31

16

3

0

0

0

0

0

0

Низовая дамба.

17

3,2

-0,19

0,01

-10,64

0,56

-5,89

0,31

18

3,4

-0,39

0,02

-21,84

1,12

-12,09

0,62

19

3,6

-0,59

0,04

-33,04

2,24

-18,29

1,24

20

3,8

-0,79

0,06

-44,24

3,36

-24,49

1,86

21

4

-0,99

0,08

-55,44

4,48

-30,69

2,48

22

4,2

-1,19

0,1

-66,64

5,6

-36,89

3,1

Рис. № 6 Схема примыкания струенаправляющих дамб к мосту (график Microsoft Excel).

5. Расчёт размывов

5.1 Расчёт общего размыва

Время продолжительности паводка принимаем по заданию

Длину зоны сжатия перед мостом определяем при

по формуле:

Коэффициент формы воронки размыва перед мостом определяем по формуле:

Относительная длина верховой струенаправляющей дамбы определяется по формуле:

Погонный бытовой расход руслоформирующих наносов рассчитывается по формуле[5,3]. При диаметре частиц, слагающих дно (по таблице) в соответствии с рис. 5,2.

где и — характеристики, соответственно, донных и взвешенных наносов, определяемые по номограмме [5, рис 5. 2]; - неразмывающая средняя скорость течения, м/с;

где — табличное значение, определяемое по [5, табл. П. 1.1.].

Определяем время стабилизации предельного нижнего размыва по формуле:

Так как отношение, то согласно [5, табл.5.1.] мостовой переход относится к III группе и расчётным для определения размыва является гипотетический предел размыва, а глубина общего размыва определяется по формуле:

где П — полнота расчётного паводка и определяется по формуле:

— относительная ширина русловой опоры, определяется по данным

Согласно формуле 5,7 глубина общего размыва равна:

Отметка дна русла после общего размыва равна:

5.2 Расчёт размыва у промежуточной опоры

Расчётную опору размещают в самом глубоком месте русла.

Определяем среднюю скорость течения в русле после общего размыва по формуле:

Сравниваем неразмывающую скорость для частиц, слагающих дно русла, со средней скоростью течения в русле после общего размыва.

, следовательно и поступление наносов в воронку возможно, поэтому глубину воронки местного размыва определяем по формуле:

где — ширина опоры [5, табл. П. 2.2. ]- величина расчётного предела размыва, м — средняя скорость течения по вертикали перед опорой:

— коэффициент формы русла:

— средняя взмучивающая скорость турбулентного потока перед опорой:

— гидравлическая крупность наносов

— коэффициент формы опоры, принимаемый по [5, табл. П. 2.1.].

Подставляя соответствующие значения в формулы 5. 10 — 5. 13, получим:

Так как при то — показатель степени, и глубина воронки будет равна:

Следовательно, глубина потока у опор моста равна:

Отметка дна русла после суммарного размыва равна:

5.3 Расчет размыва в голове струенаправляющей дамбы

При грунтах поймы — супесь, принимаем угол набегания потока составляет 85°. Глубина воронки местного размыва в голове дамбы определяется по формуле:

Длина тюфяка, достаточная для того, чтобы закрыть размываемый откос, рассчитывается по формуле:

5.4 Расчёт подпоров

Расчёт характерных подпоров производится на пике первого расчётного паводка с учетом русловых деформаций, так как при этом все характерные подпоры имеют наибольшие значения.

Начальный подпор определяется по формуле:

где — параметр, вычисляемый по формуле:

Определяем среднюю глубину размыва на пике расчётного паводка по формуле:

где — верхний предел размыва.

Коэффициент размыва определяется по формуле:

При и по номограмме [5, рис. 6.2.] находим параметр Определяем среднюю бытовую глубину всего потока по формуле:

Далее расчёт проводим в табличной форме.

Таблица 6.1. Определение начального подпора.

Номер расчёта

Разница, %

1

0,000

1,000

0,3465

-

0,1

2

0,1

1,016

0,0972

3

0,0985

Расчёт показал, что начальный подпор равен при относительном подпоре

Полный подпор.

Расстояние от моста до створа полного подпора определяется по формуле:

Так как, то полный подпор определяется по формуле:

Подставляя соответствующие значения в формулу 6. 7, получим значение полного подпора:

Полный подпор практически равен начальному в связи с малым уклоном

Максимальный подпор у насыпи рассчитывается по формуле

Подмостовой подпор рассчитывается по формуле:

где и — параметры, определяемые по формулам:

где и — коэффициенты Кориолиса в подмостовом сечении и в бытовых условиях соответственно:

.

Подставляя полученные данные в формулу 6. 11, получим:

При и по номограмме находим параметр Средняя глубина под мостом до размыва рассчитывается по формуле:

м

Относительный подмостовой подпор определяется по формуле:

Определение подмостового подпора производится методом подбора и результаты сведены в таблицу 6.2.

Таблица 6.2. Определение подмостового подпора.

Номер расчёта

Разница, %

1

0,000

1,000

0,304

-

0,152

2

0,152

1,016

0,280

45,7

0,216

3

0,216

1,022

0,271

20,29

0,243

4

0,243

1,025

0,267

8,9

0,255

В результате расчёта установлено, что подмостовой подпор при относительном подпоре

5.5 Определение расчётного судоходного уровня

Расчётный судоходный уровень (РСУ) определяется исходя из допускаемого перерыва в работе речного флота во время половодья. По определяем вероятность превышения расчётного паводка и коэффициент допускаемого перерыва в работе речного флота. Для VII класса водных путей и. Отметку над нулём графика водомерного поста устанавливается по кривой распределения максимальных уровней воды:. Отметка расчётного судоходного уровня равна:

Определяем допускаемый перерыв в движении речного флота по формуле:

где — коэффициент допускаемого перерыва в работе речного флота; - продолжительность навигации, сут.

5.6 Проектирование подходов к мосту

Минимальная отметка бровки насыпи на подходах определяется по формуле:

где — отметка расчётного уровня высокой воды в створе мостового перехода, м; - подпор у насыпи, м; - конструктивный запас, равный 0,5 м; - высота набега волны на откос насыпи, м.

— расчётная высота волны:

— коэффициент шероховатости откоса, принимаемый для бетонного укрепления; - заложение откоса.

Тогда минимальная отметка бровки насыпи:

Минимальная отметка проезда моста определяется по формуле:

где — расчётный судоходный уровень, м; - судоходный габарит; - высота конструкций пролётных строений с учётом толщины дорожной

Величина уклона на переходе от низкой насыпи к высокой, обеспечивающий минимальный объём земляных работ, определяется по формуле:

где — минимальный радиус выпуклой кривой; - максимальный уклон в продольном профиле автомобильной дороги, зависящий от технической категории дороги. и принимаются в соответствии со СНиП 2. 05. 02−85. Рассчитанное значение уклона меньше следовательно принимаем уклон с которым происходит подъем от низкой насыпи к высокой у моста принимают. Определяем минимально допускаемую толщину плиты, при котором грунтовое основание остаётся устойчивым при волновом воздействии, по формуле:

где — высота ветровой волны, м; и — объёмный вес бетона и воды, т/м; - размер стороны плиты, — коэффициент заложения откосов.

Плита толщиной 9 см и со стороной 1,5 м не будет сброшена волной с откоса. Рассчитываем укрепление откоса на ледовое давление. Ледовое давление определяем по формуле:

где — давление льда на откос, Па; - скорость движения льдин, м/с; - толщина льда, м; - ширина и длина льдины, м; - угол наклона откоса к горизонту, град; - угол подхода льдин к откосу

Суммарная толщина покрытия откоса и его основания рассчитываются

где — допускаемое давление на грунт, Па.

Ширина упора, достаточная для удержания укрепления на откосе существующей насыпи может быть определена по формуле:

где l-длина укрепления по откосу,-ожидаемая глубина размыва,-угол наклона откоса к горизонту, f=0,5-коэффициент трения при подвижке укрепления по грунтовому откосу, и -плотность камня и воды.

Для укрепления откоса примем конструкцию, обеспечивающую высокую степень индустриализации и механизации работ: сборные железобетонные плиты, укладываемые по слою щебеночной наброски, для предотвращения заиления подготовки ее устроим на слое геотекстиля.

Рис № 7 Схема укрепления откосов пойменных насыпей.

6. Проектирование малых водопропускных сооружений

6.1 Определение расчетного расхода воды дождевых паводков и от талых вод

Величина расхода ливневых вод зависит от следующих основных факторов: количества осадков и продолжительности ливня, площади водосбора, длины главного лога, уклонов склонов водосбора, типа растительности, наличие озер, болот в бассейне и типа почв по впитыванию.

Площадь водосборного бассейна определяют по карте масштаба 1: 25 000 или 1: 10 000. Длину главного лога L, определяют от точки пересечения дороги с водотоком до вершины водораздела.

Уклон русла (лога) определяется по формуле:

[9. 1]

где-отметка водораздельной точки в вершины главного лога, м; -отметка дна лога в месте пересечения его с трассой автомобильной дороги м; -длина главного лога, км.

Средний уклон водосбора рассчитывается по формуле:

[9. 2]

где -цена деления между смежными горизонталями, м; -сумма длин всех горизонталей в пределах площади водосборного бассейна, км; -площадь водосборного бассейна, определяется по карте,.

.

6.2 Определение расчетного расхода по СНиП 2. 01. 14−83

Максимальный расход от дождевых паводков c вероятностью превышения для водосборов площадью менее 50 для тундровых и лесотундровых зон и менее 100 для остальных природных зон определяют по формуле предельной интенсивности потока:

[9.2. 1]

где -максимальный модуль стока при вероятности превышения выраженный в долях от произведения () при; -сборный коэффициент стока; -суточный слой осадков с вероятностью превышения мм; -переходный коэффициент от максимальных расходов воды с вероятностью превышения к максимальным расходам воды другой вероятности превышения; -коэффициент, учитывающий снижение максимального стока рек, зарегулированных проточными озерами; при отсутствии озер принимают Сборный коэффициент стока определяется по формуле:

[9.2. 2]

где -сборный коэффициент стока для водосборов площадью 10, средним уклона водосбора; -эмпирический коэффициент, принимаемый для лесной и тундровой зоны равным 1,2; для остальных природных зон -1,3; -параметр, который принимается для лесотундры и лесной зоны равным 0,07,для остальных природных зон — 0,11; -параметр, который принимается по табл.П.2. 3;-средний уклон водосбора,.

Значение для горных рек принимают по табл.П.2.7.

Максимальный модуль стока определяется по табл.П.2.2. в зависимости от гидроморфометрической характеристики русла водотока () и продолжительности склонового добегания

[9.2. 3]

где -гидравлический параметр русла, значение которого принимается по табл.П.2.4. ;-параметр определяемый по табл.П.2.4.

Продолжительность склонового добегания принимают в первом приближении для водотоков, расположенных в лесной и тундровых зонах:

— с заболоченностью менее -60 мин,

— то же, от-100 мин,

— то же, более -150 мин;

— в лесостепной зоне — 60 мин,

— в степной зоне и зоне засушливых степей — 30 мин,

— в полупустынной зоне — 10 мин,

— в горных районах — 10 мин.

Район типовых кривых редукций осадков — 3, район для определения параметра — 11, максимальный модуль стока для 3-го района = 60 мин. и = 14. 68,= 0,103,коэффициент перехода к вероятности превышения

6.3 Определение расчетного расхода от талых вод с малых водосборов

Расчет расхода талых вод производят по формуле:

где -коэффициент дружности половодья, который принимают для тундры и лесной зоны — 0,01,для Западной Сибири — 0,013,в лесостепной и степной природных зонах 0,02−0,03,в зоне полупустынь -0,06; -расчетный слой стока весенних вод; -показатель, учитывающий климатическую зону (для тундры и лесной зоны европейской территории России и Восточной Сибири принимают равным 0,17,в остальных случаях — 0,25); -коэффициент, учитывающий снижение максимальных расходов в залесенных бассейнах; -коэффициент, учитывающий снижение максимальных расходов в заболоченных бассейнах.

(1,0.)

Расчетный слой стока определяют по формуле:

где -модульный коэффициент стока для перехода к слоям стока расчетной вероятностью превышения, который определяется по табл.П.2. 11. для соответствующего коэффициента вариации рис. П. 2.5. ;-средний слой стока определяется по рис. П. 2.4.

6.4 Расчет отверстий водопропускных труб

Выбор типа и отверстия водопропускных труб зависит от расхода воды, режима их работы, высоты насыпи. После определения расходов различного происхождения определяют расчетный расход, на пропуск которого рассчитывается отверстие сооружения. Если максимальный расход от талых вод больше максимального расхода от ливневых вод, то за расчетный принимают расход от талых вод Если максимальный расход от ливневых вод больше расхода от талых вод и образование пруда перед сооружением невозможно, то за расчетный принимают расход от ливневых вод Если перед сооружением возможно образование пруда, то расчет ведут с учетом аккумуляции воды перед сооружением. Различают следующие режимы работы труб:

— безнапорный режим,

— полунапорный режим,

— безнапорный режим.

При пропуске расчетных паводков трубы должны работать в безнапорном режиме. Устройство водопропускных труб на автомобильных дорогах, работающих в полунапорном или напорном режиме, допускается как исключение и при условии принятия конструктивных мер, обеспечивающих устойчивость труб и земляного полотна против фильтрации воды. На автомобильных и городских дорогах используют трубы с отверстием не менее 0,75 м (в кюветах, на съездах с дороги — не менее 0,5 м.) В целях удобства эксплуатации рекомендуется применять при длине менее 20 м. отверстия не менее 1,0 м, а при большей длине — не менее 1,25 м. Трубы нельзя укладывать на постоянных водотоках, где возможны наледи и ледоход, а также при пересечении горных водотоков с корчеходом. Для пропуска расхода по таб.П.2. 12. может быть принята одноочковая труба диаметром 1. 5 м, с расходом 3. Глубиной воды перед трубой 1. 46 м и скоростью воды на выходе 3,3 м/с.

Минимальная отметка бровки земляного полотна:

[9.4. 1]

где =428 м. — отметка дна лога,=1.5 м. — диаметр трубы или высота звена, — толщина звена, — толщина засыпки над трубой.

При скорости течения потока на выходе 3,3 м/с из трубы принимаем тип укрепления — Одиночное мощение на щебне с размером камня 20 см.

Рис № 8 Схема трубы.

Список литературы

1. СНиП 2. 05. 02 — 85. Строительные нормы и правила. Автомобильные дороги — Госстрой СССР, 1985. — 68 с.

2. ОДН 218. 046 — 01. Проектирование нежёстких дорожных одежд. — Утв. 20. 12. 00, распор. Росавтодора №ОС-35-р. — М.: Информавтодор. 2001. — 145 с.

3. Методические указания по проектированию нежёстких дорожных одежд Воронеж. Гос. арх. -строит. ун-т; Сост.: И. А. Гладышева, Т. В. Самодурова, А. В. Ерёмин, О. В. Гладышева. — Воронеж, 2005. — 48 с.

4. СНиП 2. 05. 03−84*. Мосты и трубы /Госстрой России. — М.: ГУП ЦПП, 2001. — 214 с.

5. Проектирование мостового перехода и подходов к нему: Учеб. пособие/ И. А. Гладышева, Т. В. Самодурова, О. В. Гладышева; - Воронеж. гос. арх. -строит. ун-т. — 2004. — 75 с.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой