Пример гидравлического расчета трубы

Для расчета взята труба, расположенная на ПК 20+20 основного варианта трассы (рис. 16).

Исходными данными для расчета являются:

а) вероятность превышения паводка для дороги IV технической категории ВП = 3%;

б) площадь водосбора F = 0,45 км²;

в) длина главного лога L = 1,05 км;

г) средний уклон лога, определенный по формуле 37

i_л = ;

д) уклон лога у сооружения, определенный по формуле 38

i_соор = ;

е) гидравлический режим протекания воды в трубе - безнапорный;

ж) вид оголовка - раструбный конический;

и) количество очков - не более шести;

к) район проектирования – Челябинская область;

л) почвы – выщелоченные черноземы.

По формуле 39 определяем расход воды от ливневых вод

Q_л = 16,7·0,69 ·2,89· 0,45· 0,65 · 0,69 = 6,72 м³/с.

Определяем а_час по рис. 8 и таблице 14 и принимаем а_час равным 0,69 (четвертый ливневый район и вероятность превышения ВП = 3%).

К_t - определяем по таблице 15 путем интерполяции и принимаем равным 2,89. Площадь водосбора равна 0,45 км². Коэффициент потерь стока из таблицы 16 принимаем равным 0,65. При выщелоченных черноземах коэффициент редукции принимаем равным 0,69 (табл. 17).

По формуле 41 определяем расход стока от талых вод.

Коэффициент дружности половодья определяем из таблицы 18 и принимаем равным 0,020, а показатель степени п = 0,25. Расчетный слой стока считаем по формуле 42, предварительно определив и средний многолетний слой стока по формуле 43 с поправочным коэффициентом для малых бассейнов (рис. 9).

Рис. 16. Карта к примеру расчета трубы.

Средний многолетний слой стока h = 100 мм (рис. 9), а поправочный коэффициент для малых бассейнов принимаем равным 1,1.

= h ·К = 100 · 1,1 = 110 мм.

Модульный коэффициент К_р (рис. 10) зависит от трех параметров – вероятности превышения наводка, коэффициентов вариации и асимметрии.

Коэффициент вариации С_v = 0,7 (рис. 11), а с поправочным коэффициентом на малую водосборную площадь С_v = 1,25 · 0,7 = 0,875.

Коэффициент асимметрии принимаем для равнинных водосборов равным С_s = 2 C_v.

Из рис.10 при вероятности превышения наводка ВП = 3% и С_v = 0,875 определяем К_р = 3,4.

Таким образом, расчетный слой стока равен

h_р = ·К_р = 110 ·3,4 = 374 мм.

По формуле 41 определяем расход от талых вод

Q_т = м³/с.

Коэффициенты озерности и заболоченности (б₁ и б₂) принимаем из таблиц 19 и 20 равными 1.

В качестве расчетного принимаем максимальный расход из двух, то есть Q_p = Q_л = 6,72 м³ /с.

Для первого приближения принимаем трубу диаметром равным 1 м. Одна труба диаметром 1 м с раструбным входным оголовком (рис. 7, д), работая в безнапорном режиме (рис. 6, а), может пропустить максимальный расход, равный 2,2 м³/с (табл. 23).

Количество очков определяем по формуле 49

n = очка.

Таким образом, принимаем четырехочковую трубу диаметром 1,0 м.

После этого устанавливаем фактический расход воды через одну трубу по формуле 50

Q_ф = м³/с.

При этих данных узнаем по таблице 23 глубину воды перед трубой и скорость воды на выходе: H_в = 1,14 м, V = 2,9 м/с.

По этим данным из таблицы 22 подбираем тип укрепления: одиночное мощение из булыжника размером 15 - 20 см на щебне.

В общем можно принять любой тип укрепления, который выдерживает скорость 2,9 м/с и более и не размывается.

По формуле 51 с использованием геометрических размеров труб, приведенных в таблице 25, устанавливаем минимальную высоту насыпи над трубой

H_min = 1,2 + 0,1 + 0,5 = 1,8 м.

Высота входного звена принята 1,2 м, толщина стенки звена – 0,1 м, а минимальная засыпка насыпи над трубой – 0,5 м.

Длину трубы без оголовков определяем по формуле 53 при минимальной высоте насыпи над трубой

L_тр = = 12,17 м 13 м.

Округляем длину трубы до целых метров, т.е. до 13 м.

Полную длину трубы с двумя оголовками определяем по формуле 55. Длину оголовков принимаем из таблицы 25 для трубы диаметром 1,0 м равным 1,78 м

L_тр = 13+2·1,78 = 16,56 м.