Гидравлический расчет мис

Расчет пропускной способности труб

ливневый вода труба талый Режимы протекания воды в трубах зависят от напора воды перед трубой и типа оголовка трубы на входе (рис. 4). Различают следующие режимы протекания воды в трубах:

• 1. Безнапорный при оголовках с нормальным звеном (рис. 4, в). Труба работает на входе как водослив с широким порогом. Напор воды Н на входе меньше высоты трубы hT или превышает менее чем на 30%. На всем протяжении трубы уровень воды не превышает 0,75 — 0,8 hт Поток воды имеет свободную поверхность соприкосновения с воздухом на всем протяжении сооружения. На входе в трубе в сжатом сечении возникает гидравлический прыжок, hc — глубина в сжатом сечении. Безнапорный — самый благоприятный режим, так как не дает размыва грунта русла на выходе. При проектировании МИС следует отдавать предпочтение данному режиму протекания воды в трубе.
• 2 Полунапорный при оголовках с нормальным звеном (рис. 4, в). Аналог — течение из-под щита. На входе труба затоплена и работает полным сечением. Напор воды Н превышает высоту трубы hт более чем на 30%. Из-за прорыва воздуха через воронку на входе поток воды имеет свободную поверхность соприкосновения с воздухом на всем протяжении трубы. Явление исчезновения и появления воронки повторяется. Труба работает неустойчиво то в напорном, то в безнапорном режиме. Данный режим протекания воды в трубе применяют как исключение при условии принятия конструктивных мер по обеспечению устойчивости труб, земляного полотна против фильтрации воды.

Рис. 4.

Виды оголовков: а — портальный; б — раструбный, с открылками (откосными стенками) под углом 20 -45°; в-с нормальным звеном; г-с коническим звеном.

3. Напорный при оголовках с коническим звеном обтекаемой формы (рис. 4, г). Аналог — течение воды в трубопроводе. На входе и па всем протяжении труба работает полным сечением. Напор Н превышает высоту трубы hт, более чем на 40%, и по ток воды не имеет свободной поверхности соприкосновения с воздухом. У выхода из трубы поток воды может иметь свободную поверхность. Напорный режим может возникать периодически и при оголовках с нормальным звеном. Рекомендуется применять напорные трубы при пересечении глубоких логов с крутыми склонами и высокими насыпями.

Участок водотока до сооружения называется верхним бьефом, за сооружением — нижним. Энергия потока воды в верхнем бьефе больше, чем в нижнем. Сопряжение бьефов — это явление перехода из верхнего бьефа в нижний, сопровождающееся, как правило, гидравлическим прыжком.

Используя уравнение равномерного течения жидкости, можно рассчитать пропускную способность трубы Qс, соответствующую трем режимам протекания воды в трубах:

а) безнапорный режим.

Qc = wc vc = wc ц1 2g (H-hc) = 0,85 wc gH,.

Д h= ц v2/2 g; vc = ц 1 2g ((H-hc).

H =hc + 0,69 vc2 /g = 1,42 vc2/g~2 hc ;hc=0,73 vc2/g,.

где Qcрасход воды, проходящей через трубу в сжатом сечении, м3/с;

wc — площадь живого сечения в трубе при глубине сжатого сечения.

hc = (0,5 — 0,6) H;

vc — скорость воды в сжатом сечении;

цкоэффициент скорости (сопротивления),.

ц1 = 0,85 для оголовка с нормальным звеном, ц2 = 0,95 для оголовка с коническим звеном;

H — глубина подпора воды перед трубой;

hc — глубина в сжатом сечении;

Дh — перепад высот.

б) полунапорный режим.

Qc = wc vc = wc ц1 2g (H-hc) = 0,5 wвх 2g (H -0,6hвх),.

hc =0,6hвх, wc = 0,6 wBX,.

где hвх, wBX — высота и площадь полного сечения на входе в трубу.

в) напорный режим.

Qc = wTvT = = wc ц2 2g (H-hT) = 0,95wT 2g (HhT).

где hT, wT — высота и площадь сечения внутри трубы.

Данные расчета по приведенным выше формулам сведены в типовой проект на трубы водопропускные круглые железобетонные сборные для железных и автомобильных дорог [11], в табл. ПЗ, представлены в виде номограммы в справочной литературе [1, 5, 8] или рис. 5, который можно построить по данным табл. ПЗ.

Целесообразно применять трубы отверстием d = 0,5 м на съезде, d = 0,75 м длиной менее 15 м, d = 1,0 м длиной менее 20 м, так как при их большой длине и малом диаметре затруднены работы по ремонту и содержанию.