Специальные вопросы гидравлики, водопроводных и водоотводящих сооружений. Мосты, трубы и трубчатые сооружения. (Лекция 4)

1. Министерство образования и науки Украины Харьковский национальный университет городского хозяйства имени А.Н. Бекетова Кафедра водоснаб

Министерство образования и науки Украины
Харьковский национальный университет городского хозяйства
имени А.Н. Бекетова
Кафедра водоснабжения, водоотведения и очистки вод
Дисциплина – «Специальные вопросы гидравлики, водопроводных
и водоотводящих сооружений»
ЛЕКЦИЯ № 4
«Мосты, трубы и трубчатые
сооружения»
Преподаватель: доц. Шевченко Тамара Александровна
Харьков - 2014

2. Малые мосты

К малым мостам относятся мосты, полная длина которых не
превышает 25 метров.
Малые мосты устраиваются:
как водопропускные сооружения на автомобильных и железных
дорогах;
при пересечении сухих логов и русел периодически действующих
водотоков, оросительных каналов;
имеют стандартные отверстия (расстояние в свету между
устоями или опорами): 2; 3; 4; 5; 6; 7; 10; 12,5 и 20 м.
Гидравлический расчет малых мостов заключается в:
Расчет входного участка
позволяет определить его
геометрические размеры –
длину моста и возвышение низа
пролетного строения
Расчет выходного участка
дает возможность определить
скорость потока на выходе из
сооружения и решить вопрос о
защите русла от размыва со
стороны нижнего бьефа

3.

Малые мосты:
однопролетные; многопролетные.
Типы устоев:
облегченные (системы Н.А.
Словинского) (рис. а);
с откосными крыльями (рис. б);
с обратными стенками (рис. в);
эстакадные с конусами (рис. г).
Схема б
Схема а
Схема г
Схема в

4.

Малый мост обычно стесняет поток, что вызывает повышение
уровня воды в верхнем бьефе, т.е. перед мостом. Наименьшее
возвышение низа пролетного строения можно определить по
зависимости:
H min K H min
где: σк – коэффициент, учитывающий снижение кривой подпора
во входном сечении, который принимают 0,75-0,85 (по данным
В.В. Смыслова);
Н – напор воды перед мостом при расчетном расходе;
Δmin – технический запас низа пролетного строения над уровнем
воды, принимается по таблице:
Значения Δmin , м, для
Условия
протекания потока
При напоре воды
перед мостом
Н≤1м
Н>1м
На селевых потоках
Автомобильных
дорог
0,5
0,5
1
Железных дорог при расходах
расчетном
наибольшем
0,5
0,75
-
0,25
0,25
1

5.

Допускаемый напор воды перед мостом определяется из условия:
H
H
HAC
K
где: Ннас – высота насыпи;
Δ = hст + Δmin, hст – строительная высота пролетного строения.
Отверстие малого моста работает по схеме водослива с широким
порогом.
РАСЧЕТЫ ОТВЕРСТИЙ МАЛЫХ МОСТОВ И ТРУБ С УЧЕТОМ
АККУМУЛЯЦИИ
Расчеты отверстий малых мостов и труб с учетом аккумуляции
производятся:
- при преобладающем ливневом стоке во всех случаях,
- при преобладающем снеговом стоке (только при отсутствии
возможности заносов снегом оврагов перед сооружениями).
Аккумуляция не учитывается в районах с продолжительными ливнями, а
также при расчетах отверстий сооружений по расходам селевого,
ледникового и грунтового стоков.

6.

Расчеты отверстий малых сооружений с учетом аккумуляции по
расходам ливневого стока производятся
упрощенным
или уточненным графическим способом.
Упрощенный
способ
применяется:
а)
для
предварительных
соображений
в
предпроектных
стадиях
проектирования;
б)
во
всех
стадиях
проектирования
местных
автомобильных дорог;
в)
во
всех
случаях
проектирования железных и
автомобильных дорог, если
уменьшение
расчетных
ливневых
расходов
при
учете
аккумуляции
не
превышает 30 %.
Уточненный способ применяется во всех
стадиях
проектирования
железных
и
автомобильных дорог, если уменьшение
расчетных ливневых расходов при учете
аккумуляции равно или больше 30 %.
Расчет отверстий малых искусственных
сооружений с учетом аккумуляции по
расходам снегового стока, если такой
учет
аккумуляции
допустим,
производится также двумя способами:
по упрощенной формуле или графоаналитическим способом.
Упрощенная формула применяется:
а) для предварительных соображений
предпроектных стадиях проектирования;
в
б) во всех случаях проектирования
местных автомобильных дорог.

7.

Для расчетов отверстий малых искусственных сооружений
с учетом аккумуляции необходимы следующие данные:
а) наибольший ливневый расход и соответствующий ему объем
стока принятой вероятности превышения для расчетов
упрощенным способом и дополнительно к этим данным - расход
и соответствующий ему наибольший объем ливневого стока для
уточненного способа;
б) уклон главного лога и его откосов перед сооружением и эскиз
очертания пруда перед сооружением для расчетов упрощенным
способом; план в горизонталях в пределах затопления местности
подпертой водой перед сооружением для расчетов уточненным
или графо-аналитическим способом;
в) графики водопропускной способности малых искусственных
сооружений для обоих способов расчета.

8.

В гидравлических справочниках приведены графики, составленные для
труб любой длины с уклоном, большим или равным критическому, и
труб, длина которых меньше пятикратной величины подпора перед
сооружением, при уклоне лотка, меньшем критического.
Графики построены по формуле:
где Qcoop - расход в сооружении в куб. м/сек;
m - коэффициент расхода, зависящий в основном от очертания
входного оголовка трубы или конусов моста;
w - площадь живого сечения потока с критической глубиной при
безнапорном протекании, или площадь полного сечения трубы при
напорном протекании;
g - ускорение силы тяжести, равное 9,81 м/сек2;
H - подпертая глубина воды перед сооружением над отметкой входа
(лотки или укрепления) в м;
h - критическая глубина при безнапорном протекании, или сжатая
глубина при напорном протекании, в м.

9. Мосты - водосбросы

Устраивают для сброса излишней воды с верхнего бьефа прудов
или оросительных каналов
Среди них различают:
Мосты с водосливом;
Мосты с затворами
(шандорные);
Мосты с подъемными щитами
плоского или сегментного
очертания.
Если приспособление для перекрытия устроено в
виде шандорного затвора, тогда отверстие моста
работает по схеме водослива с острым
порогом (рис. 1).
Если приспособление для перекрытия устроено в
виде подъемного щита, то отверстие моста
работает по схеме истечения из-под щита
(рис. 2).
Рис. 2. Мост-водоспуск с
шандорным затвором

10.

Рис. 2. Мост-водоспуск с подъемным щитом
Мосты-водоспуски
работают
на
строго
зарегулированный расход, определяемый уровнем
верхнего бьефа и степенью открытия затвора.
Во всех случаях эти мосты работают по схеме
незатопленного
водослива,
так
как
они
включаются в работу только при условии
понижения уровня в нижнем бьефе ниже уровня
затвора.
Первый тип мостов-водоспусков - шандорные
мосты - рассчитывают по формуле водослива с
тонкой стенкой
Значение напора в шандорных мостах невелико и определяется высотой одного
или пары шандоров; практически эта высота колеблется от 0,14 до 0,7 м.
Для шандорного моста приходится решать следующие задачи:
а) по заданному времени опорожнения верхнего бьефа и высоте подпора на
водосливе H определить потребное отверстие моста b;
б) по принятому отверстию моста b и высоте подпора на пороге H определить расход
моста и время, потребное для опорожнения верхнего бьефа.
За порогом шандорного затвора образуется перепад, для которого должны
быть рассчитаны условия в нижнем бьефе.
Расчету подвергается случаи смятия самого верхнего шандора, когда струя,
сливающаяся с затвора, имеет самую большую падения.

11. Достоинства и недостатки мостов-водосбросов

Достоинства:
- Мосты-водосбросы с
водосливом (устраиваются
ниже водосливной плотины)
– долговечность всей
конструкции в целом;
автоматичность сброса
воды; небольшие
эксплуатационные расходы;
улучшенные условия
протекания потока в
подмостовых руслах
Недостатки:
- Мосты с деревянными
затворами – недолговечность
срока службы древесины по
сравнению с бетоном;
значительные
эксплуатационные расходы;
большие скорости в
подмостовом русле из-за
падения воды с большой
высоты и др.

12. Водопропускные (дорожные) трубы

Водопропускные трубы представляют собой
искусственные сооружения,
предназначенные для пропуска под
насыпями дорог небольших постоянных или
периодически действующих водотоков.
В отдельных случаях трубы используются в
качестве путепроводов тоннельного типа, а
также скотопрогонов.
При проектировании дорог предпочтение
перед малыми мостами отдается трубе,
так как:
устройство трубы в насыпи не нарушает
непрерывности земляного полотна и
верхнего строения пути,
расходы по содержанию трубы значительно
меньше, чем малого моста,
при высоте засыпки над трубой более 2
метров влияние временной нагрузки на
сооружение снижается, а затем по мере
увеличения этой высоты практически теряет
свое значение.

13. Классификация водопропускных труб

По материалу
По числу очков
Бетонные
По форме
поперечного
сечения
Одноочковые
По работе
поперечного
сечения
Железобетонные
Круглые
Двухочковые
Безнапорные
Металлические
Прямоугольные
многоочковые
Напорные
полимерные
Овоидальные
полунапорные
Отверстия труб на автомобильных дорогах принимают:
- не менее 1,0 метра при длине трубы не более 30 метров,
- не менее 0,75 метра при длине трубы не более 15 метров,
- не менее 0,5 метра на съездах при устройстве в пределах трубы
быстротока.
На внутрихозяйственных дорогах можно применять трубы с
отверстиями размером 0,5 метра при их длине не более 10 метров.

14.

По несущей способности трубы подразделяют на 3 группы:
- Первая соответствует расчетной высоте засыпки грунтом, равной
2,0 метра,
- Вторая - высоте 4,0 метра,
- Третья - высоте 6,0 метра.
На режим работы трубы оказывают влияние входные и выходные
оголовки. Входные оголовки делятся на:
o обтекаемые – характеризуются или повышенным, или сходящимся
входным звеном;
o необтекаемые – раструбные, портальные и воротниковые

15.

Типы оголовков водопропускных труб:
а) портальный оголовок, б) раструбный оголовок; в)коридорный оголовок
1 – концевая входная секция;
2 – средние секции трубы;
3 – гравийно-песчанная подушка;
4 – фундаментные блоки под секции трубы;
5 – портальный блок оголовка;
6 – откосные крылья оголовка;
7 – стеновые блоки оголовка;
8 – тело насыпи;
9 – концевая секция;
10 – железобетонный зуб.

16. Трубчатые водосбросы

Используются для:
- слива излишка воды, постоянно поступающей из реки или ручья, образующейся
во время весеннего таяния снегов, то уровень воды в головном пруду будет
повышаться, вода начнет переливаться через гребень и размоет плотину.
Водосбросные сооружения — устройства для сброса излишка паводковых вод
из головного пруда, а также для частичного или полного сброса воды перед обловом
рыбы и для регулирования уровня воды в головном пруду. Могут пропускать лед.
Бывают автоматические, регулируемые или комбинированные.
Автоматические водосбросы — порог сооружения (та часть, куда
сливается вода из пруда) располагают на том уровне, на котором
желательно сохранить уровень воды в пруду. При превышении уровня
воды над этой отметкой вода автоматически сбрасывается
из верхнего бьефа в нижний (водосбросной земляной канал,
открытый бетонный водослив, шахтный и трубчатый водосбросы).
Автоматические водосбросы устраивают при максимальных
паводковых расходах до 50 м³/с.
При больших расходах строят управляемые
водосбросы, у которых порог сооружения
располагают ниже нормального уровня воды
в головном пруду, вплоть до дна.
Водосбросные
сооружения
—
наиболее
дорогостоящая
часть
водоема. Их стоимость достигает 30 —
50% от общей себестоимости пруда.

17.

Трубчатые водосбросы устраивают при расходах воды до 15 м³/с, шахтные —
до 30 м³/с. Трубчатый водосброс — система железобетонных труб,
расположенных под плотиной на материковых грунтах. Вход в сооружение
представляет собой ковш, верх которого расположен на отметке НПУ.
Шахтный водосброс состоит из вертикальной шахты квадратного, круглого или
шестигранного
сечения,
горизонтальной
водопроводящей
трубы
прямоугольного или круглого сечения и водобойного колодца. Верх шахты,
расположенный на отметке НПУ, огораживают мусороудерживающей решеткой.
Выполняют из сборного или монолитного железобетона. В нижней части шахты
иногда делают затвор для сброса всей воды из головного пруда.
Управляемые водосбросы устраивают при больших расходах воды (от 30
до 200 м³/с). Обязательным элементом являются затворы, позволяющие
регулировать уровень воды в головном пруду и пропускаемый через водосброс
поток воды. Затворы могут быть выполнены как металлические задвижки,
поднимающиеся и опускающиеся с помощью винтового подъемника. Сооружают
водосбросы чаще всего в теле плотины на коренном грунте. Они представляют
собой закрытый сверху бетонный или железобетонный лоток прямоугольного
сечения, входная часть которого перегорожена затвором.
Донные водоспуски (монахи) могут быть отнесены к водосбросным сооружениям,
так как с их помощью можно сбрасывать излишек воды в прудах при паводке. Чаще
всего донные водоспуски относят к сооружениям рыбосборно-осушительной
системы прудов. Донные водоспуски — сооружения, предназначенные для
полного сброса воды из прудов и перемещения рыбы в рыбоуловитель, а также для
регулирования уровня воды и для обеспечения водообмена.