Изыскание и проектирование автомобильной дороги: Якутск - Покровск
МИНИСТЕРСТВО
ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное
государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального
образования
«Тихоокеанский
государственный университет»
Кафедра:
Автомобильные дороги
КУРСОВАЯ
РАБОТА
по
дисциплине: «Инженерная гидрология. Гидравлические расчеты водопропускных
сооружений»
на тему
«Изыскание и
проектирование автомобильной дороги: Якутск - Покровск»
Выполнила:
ст-ка гр. АД (б)-11
Кузьмина
А.В.
Руководитель
проектирования:
Кормилицына
Л.В.
Хабаровск
2013
Реферат
Курсовой работа содержит графический материал на
одном листе формата А1, одном не форматном листе миллиметровой бумаги и на двух
листах кальки пояснительную записку на 32 листах машинного текста формата А4, 5
таблиц, список использованных источников 3.
В курсовом проекте рассмотрены вопросы
проектирования основных элементов автомобильной дороги Республики Саха
(Якутии). Проектирование выполнено в соответствии с требованиями СНиП
2.05.02-85.
Для заданных начального и конечного участка
дороги предложен вариант трассы, для которых произведены расчеты перспективной
интенсивности движения, разбит пикетаж, составлена ведомость элементов плана
трасы, установлены характеристики водосборных бассейнов, рассчитаны малые мосты
и трубы, разработаны сокращенные продольные профиля, эпюры скоростей, графики
коэффициентов аварийности, схемы полосы отвода и объемы земляных работ. По
данным технико-экономического сравнения вариантов выбран основной вариант, для
которого построен детальный продольный профиль.
Детально запроектирован поперечный профиль
земляного полотна на ПК20+00,00, для которого произведены необходимые расчеты
параметров земляного полотна, определены площади поперечного сечения и
вычислены ширина постоянного и временного отвода земель.
Введение
Автомобильная дорога Якутск-Покровск
предназначена для осуществления пассажирских и грузовых перевозок между центром
республики Якутском и городом Нерюнгри.
Строительство автомобильной дороги позволит
решить ряд социальных и экономических проблем, одна из которых обеспечение
горожан экологически чистой сельскохозяйственной продукцией. Дорога позволит
пустить автобусы междугороднего сообщения для перевозки и транспортировки
грузов между городами.
1. Транспортно-экономическая характеристика
.1 Экономика района проектирования
Являясь административным и
культурным центром региона, Якутск <#"887608.files/image001.gif">,
которые поместились на плане. На оставшейся площади плана водосборного бассейна
отмечают и пересчитывают количество квадратиков размером 0,5×0,5
см (,
затем пересчитывают оставшиеся неполные квадратики размером 0,5×0,5
см (.
Площадь водосборного бассейна ( определяется по
формуле
F=N1*q1+N2*q2+*N3*q2=39*0,01+44*0,0025+65**0,0025=0,58
км2
где q1
- площадь (в масштабе карты) 1 см2, равная 0,01 км2; q2
- площадь (в масштабе карты) 0,25 см2, равная 0,0025 км2; N1,N2,N3
- количество квадратов каждого размера, соответственно равных 28, 35, 31.
.2 Определение длины и среднего уклона главного
лога
Нанесенный на карте в горизонталях тальвег
разбивается на ряд примерно прямых участков. Для упрощения расчетов начала и
концы участков назначают на горизонталях. Определяются отметки начал и концов
участков и строится развернутый продольный профиль главного лога.
Измеряется длина первого (от дороги) участка и
откладывается в соответствующем масштабе на развернутом продольном профиле
главного лога. Против начала и конца участка записываются их высотные отметки.
То же самое проделывается со следующим участком, и так далее до вершины
главного лога.
Длина главного лога (м) определяется по формуле:
==750+160=910,00
(м),
Где lj
- длины i-го участка
тальвега
В общем случае средний уклон главного лога
определяется по формуле:
===0,0091,
где Hвр
- отметка верхней точки тальвега, равная 72 м; Hс
- отметка лога у сооружения, равная 63,68 м; L
- длина главного лога, равная 910,00 м.
.3 Определение уклона лога у
сооружения
Уклон лога у сооружения рассчитывается по
формуле
iс===0,0066,
где Hв,Hн
- отметки точек выше и ниже сооружения, соответственно равные 64,00 м и 62,00
м; Lтр - длина трассы,
равная 300,00 м.
.4 Определение глубины лога перед искусственным
сооружением
Из двух отметок правого и левого водоразделов по
оси дороги выбираем наименьшую и определяем глубину лога:
hл=Hлев-Hс,
если Hлев<Hпр,
hл=Hпр-Hс,
если Hпр<Hлев.
hл=Hпр-Hc=67,62-66,00=2,32
.5 Определение коэффициентов заложения склонов
лога
Коэффициент заложения правого склона
mпр===158,29
Коэффициент заложения левого склона
mл===107,54
2.6 Определение коэффициентов залесенности,
заболоченности и озерности
Площади озер, болот, лесов определяются
аналогично площади водосборного бассейна - с помощью палетки, графическим или
иным способом. Причем лес и кустарник на болотах в лесных угодьях не включается.
Расчет ведется по следующим формулам
где fоз -
коэффициент озерности, %; Siоз - площадь водной поверхности i-го озера, 0
км2; F - площадь
водосборного бассейна, 0,58 км2.
Коэффициент заболоченности
определяется по формуле
где fб -
коэффициент заболоченности, %; Siб - площадь водной поверхности i-го болота,
0 км2; F - площадь
водосборного бассейна, 0,58 км2.
Коэффициент залесенности
определяется по формуле:
где fл
- коэффициент залесенности, %; Siл
- площадь поверхности, занимаемая i-м
лесом, 0,58 км2; F - площадь
водосборного бассейна, 0,58 км2.
Таблица 1. Ведомость характеристик водосборных
бассейнов.
Характеристика
бассейна, единицы измерения
|
Водопропускные
сооружения
|
|
1
|
2
|
Пикетажное
положение
|
07+00
|
15+30
|
Площадь
бассейна, км2
|
0,58
|
0,87
|
0,91
|
1,31
|
Отметка
лога у сооружения, м
|
63,68
|
61,12
|
Отметка
вершины лога, м
|
72,00
|
70,00
|
Уклон
главного лога, д.ед.
|
0,0091
|
0,0067
|
Уклон
лога у сооружения, д.ед.
|
0,0066
|
0,004
|
Отметка
водораздела по оси дороги, м: - правого - левого
|
67,62
66,00
|
66,00
62,92
|
Пикетажное
положение водораздела по оси дороги: - правого - левого
|
00+00
09+80
|
09+80
17+50
|
Косина
сооружения, град
|
63
|
59
|
Глубина
лога у сооружения, м
|
2,32
|
1,8
|
Коэффициент
заложения склонов по оси дороги: - правого - левого
|
158,29
107,54
|
96,6
104,76
|
Коэффициент
залесенности, %
|
100
|
100
|
Коэффициент
заболоченности, %
|
0
|
0
|
Коэффициент
озерности, %
|
0
|
0
|
.7 Определение расчетного расхода стока с малых
водосборов
.7.1 Расчет расхода ливневого стока
Максимальный расход ливневых вод Qл
определяется по формуле:
л=16,7*αрасч*F*φ=16,7*0,82*1,84*0,37=9,43
(м3/с),
где αрасч
- расчетная интенсивность ливня, зависящая от вероятности превышения,
продолжительности ливня и района строительства дороги, равная 2,337 мм/мин; F
- площадь водосбора, равная 0,58 км2; φ
- коэффициент редукции, вычисляемый по формуле:
φ===0,37
Расчетная интенсивность дождя различной
вероятности превышения определяется по формуле:
αрасч=αчас*K1=0,82*1,84=1,51,
где αчас
- интенсивность ливня часовой продолжительности, выбираемая из таблицы
Союздорпроекта для ливневого района, номер которого устанавливают по карте,
равная 2,85 мм/мин; Kt
- коэффициент, который осуществляет переход от ливня часовой продолжительности
к расчетной интенсивности αрасч,
выбираемый из таблицы, составленной на основе использования принципа предельных
интенсивностей, заключающегося в теоретическом установлении наиболее опасной
продолжительности ливня, равной времени добегания воды, выпавшей в начале ливня
в наиболее удаленной (от сооружения) точке водосбора, до малого моста или
трубы, и вероятности превышения паводка, равный 2%.
Расчеты результатов ливневого стока сводим в
таблицу 2:
Таблица 2. Ведомость расчета ливневого стока
Местоположение
ПК+…, м
|
Площадь
бассейна, км2
|
Часовая
интенсивность дождя, мм/мин
|
Коэффициент
Кt
|
Расход
ливневого стока, м3/с
|
07+00
|
0,58
|
0,82
|
1,84
|
9,43
|
15+30
|
0,87
|
0,82
|
1,25
|
8,66
|
.7.2 Расчет расхода стока талых вод
Расчёт стока талых вод вычисляется по формуле:
где -
коэффициент дружности половодья в районе проектирования автомобильной дороги
(Камчатская область), принимаем равным 0,01; -
расчётный слой стока весенних вод той же вероятности превышения, что и
расчётный расход; n -
показатель учитывающий климатическую зону для Дальнего востока и Восточной
Сибири равный 0,17; - коэффициент,
учитывающий снижение максимальных расходов в залесённых бассейнах
где -
залесённость водосбора 100%; - коэффициент,
учитывающий снижение максимальных расходов в заболоченных бассейнах
где -
заболоченность водосбора 0%;
Слой стока устанавливается
на основе натуральных наблюдений. В связи с тем, что натуральные наблюдения за
стоком талых вод с малых водосборов практически не производились, можно
воспользоваться картой, где приведены значения лишь средних слоёв стока.
Переход к слоям стока расчётной вероятности превышения осуществляем путём
введения множителя , выбранного для
соответствующего коэффициента вариации ,
определяемого по карте и равного 1,0. Коэффициент асимметрии для
равнинных водосборов принимается равным 2.
Вероятность превышения для III
технической категории для труб равна 2%. Окончательно он
равен 1,80.
Результаты расчёта стока талых вод заносим в
таблицу 3:
Таблица 3. Ведомость расчета стока талых вод
Местоположение
ПК+…, м
|
Площадь
бассейна, км2
|
Расчетный
слой стока талых вод hр,
мм
|
Коэффициенты
|
Расход
стока талых вод, м3/с
|
|
|
|
cν
|
Kр
|
δ1
|
δ2
|
|
07+00
|
0,58
|
4
|
1
|
4
|
0,0099
|
1,00
|
0,02
|
15+30
|
0,87
|
4
|
1
|
4
|
0,0099
|
1,00
|
0,03
|
2.7.3 Определение расчетного расхода стока
Из двух расходов - ливневого стока и стока талых
вод - выбираем наибольший и принимаем его в качестве расчётного расхода для
выполнения расчёта малых мостов и труб.
Таблица 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
|
03+80
|
0,41
|
11,09
|
3,4
|
11,09
|
09+00
|
0,07
|
3,09
|
0,63
|
3,09
|
3. Проектирование и гидравлический расчет
типовых водопропускных труб (круглых и прямоугольных)
.1 Гидравлический расчет отверстий труб
.1.1 Подбор отверстия типовых круглых труб
Подбор отверстий типовой круглой трубы покажем
на примере водосборного бассейна на ПК 07+00,00.
Расчётный расход для сооружения Qр
= 9,43м3/с.
Труб а должна работать в безнапорном режиме, т.
е. Н £
1,2d, т.к. максимально
возможный диаметр типовых круглых труб составляет 2,0 м, то при обеспечении
безнапорного режима подпор воды перед трубой не должен противоречить условию
из:
;
Максимальное значение подпора, соответствующее
безнапорному режиму, приведенное в таблице 3, (приложение), 1,55 м. Этому подпору
соответствует расход QI=
9,5 м3/с.
Следовательно, необходимое количество отверстий
в сооружении (очков) можно определить по формуле:
;
где n
- количество отверстий в сооружении, что при округлении (всегда в большую
сторону до целых чисел) соответствует 1 отверстию (очка).
Расчётный расход на 2 отверстия (очка)
определяется по формуле
м3/с
где -
расчётный расход на 2 отверстия (очка).
.1.2 Расчет пропускной способности типовой
круглой трубы
Расчет пропускной способности круглой трубы
выполняется по формуле
,
где -
расчёт пропускной способности круглой трубы; -
площадь сжатого сечения потока в трубе, вычисляемая в сжатом сечении м2;
g - ускорение силы
тяжести, равное 9,81 м/с2; Н - подпор воды перед трубой, равный 1,55 м.
Так как в формуле имеются два неизвестных и
Н, то при расчётах воспользуемся данными таблицы 3 (приложение) и графика
рис.2.
Первоначальное значение подпора определим по
таблице 3(приложение) для известного уже нам расхода на 9,43 м3/с, этому
значению расхода соответствует подпор воды перед трубой Н=1,55м.
Для определения величины предварительно
находим отношение hc/d.
Так как hc=0,5H
то отношение hc/d
определяется
где hc
- толщина сжатого сечения; d
- диаметр трубы, равный 2,0 м.
м2
Подставляем полученные значения в формулу и
определяем пропускную способность трубы
м3/с;
Проверяем первое условие условие
не выполняется.
Для увеличения пропускной способности трубы
увеличиваем подпор воды перед трубой, т.е. из табл. 3 (приложение) выбираем
следующее большее значение подпора H,
равное 1,81 м.
Определяем соотношение
По графику рис. 2 находим соотношение ,
равное 0,34, отсюда w2=0,34*2,002=1,36
м2.
м3/с;
Проверяем первое условие
Условие выполняется.
Определяем скорость течения воды на выходе из
трубы (по которой в дальнейшем будет производиться расчёт укрепления за трубой)
по формуледля безнапорного режима
м/с;
Окончательно проектируем 2 - очковую трубу
диаметром 2,0 м, глубиной воды перед трубой 1,81 м, и скоростью течения воды на
выходе из трубы 3,58 м/с.
.1.3 Расчет пропускной способности типовой
прямоугольной трубы
Подбор отверстий типовых прямоугольных труб
покажем на примере водосборного бассейна на ПК 07+00,00.
Расчётный расход для сооружения Qр=9,43
м3/с.
Для определения пропускной способности
прямоугольной трубы в безнапорном режиме используем формулу
где b
- ширины трубы взятая из таблицы 5(приложение); H
- подпор воды перед трубой, м.
Первоначальный размер типовой прямоугольной
трубы и подпор воды перед трубой принимаем для одноочковой трубы по
табл.5(приложение), для Qр=9,43
м3/с. Данному расходу соответствует типоразмер трубы 4,0*2,5 и при подпоре H=1,32
м. Определяем пропускную способность трубы
м3/с
Проверяем первое условие
Условие не выполняется.
Следовательно, мы должны принять следующие
большее значение подпора Н=1,48м. Определяем пропускную способность трубы
м3/с
Проверяем первое условие
Условие выполняется.
Определяем скорость течения воды на выходе из
трубы по формуле:
м/с;
Окончательно проектируем 1-очковую трубу 4,0*2,5
с глубиной воды перед трубой Н=1,32м, и скорость течения воды на выходе их
трубы V=3,40м/с.
Расчёт для остальных бассейнов проводим
аналогичным способом.
.2 Определение минимальной допускаемой насыпи у
трубы
Для безнапорного режима определяется по формуле
,
где -
высота трубы в свету (диаметр для круглой трубы), равняя 2,00 м; δ
- толщина стенки звена круглой трубы или толщина плиты перекрытия у
прямоугольной трубы, равная 0,16 м.
.3 Определение длины трубы
Длина трубы зависит от высоты насыпи у трубы Hнас
которая определяется по продольному профилю после его проектирования и которая
должна быть не менее минимальной высоты насыпи у трубы.
Расчёт для круглой трубы первого варианта трассы
на ПК 07+00,00.
При насыпи Ннас ≤ 6,00 м (2,66 ≤
6,00) длина трубы без оголовка определяется по формуле
м
где В - ширина земляного полотна, равная 12,00; m
- коэффициент заложения откосов земляного полотна, при отсутствии
дополнительных требований принимается равным 1,5; iтр
- уклон трубы, при отсутствии дополнительных требований принимается равным
уклону лога у сооружения 0,01; n
- толщина стенки оголовка, принимается равной 0,16 (первое и последнее звенья
входят в оголовки на 0,5n;
α
- угол косины сооружения, равный 63.
Конструктивная длина тела трубы
Конструктивная длина тела трубы определяется по
формуле
м
где lвх
зв - длина входного звена трубы, 1,32 м; lзв
- длина звеньев трубы, равная 1,00 м; d- величина зазоров
между звеньями, принимается равной 0,03м; n
- количество звеньев трубы, 16 (принимается в зависимости от длины звеньев).
Полная длина трубы определяется по формуле
м
где М - длина входного оголовка, 3,66 м; М1 -
длина выходного оголовка, 3,66 м.
.4 Определение отметки горизонта подпертых вод
Расчёт покажем на примере водосборного бассейна
на ПК 03+60,00.
Отметка горизонта подпёртых вод определяется для
выходного оголовка по формуле
м;
где НЛ - отметка лога у сооружения, 63,68 м; Н -
подпор воды перед трубой 1,81 м.
Если глубина лога hл
меньше, чем подпор воды перед трубой Н (hл<H),
то во избежание перелива воды в соседний бассейн на низком водоразделе
проектируется дамба, ширина которой и заложение откосов которой принимаются
конструктивно Н=2-6 м; m=1:1,5
- 1:3).
Отметка верха дамбы у сооружения определяется по
формуле
м;
где -
отметка горизонта подпёртых вод, 65,49 м; Минимальный запас над уровнем воды,
м.
Верх дамбы проектируется горизонтальный или с
подъёмом вверх по склону прилегающей местности
4. Проектирование и гидравлический расчет
типовых малых мостов
.1 Определение нормальной (бытовой) глубины и
средней в сечении скорости потока
Определение глубины потока покажем на примере
водосборного бассейна, на ПК 07+00,00
По прил.2 устанавливаем коэффициент
шероховатости для суходола
n = 0,035; =
Форму русла принимаем треугольную и определяем
средний коэффициент заложения склонов по оси дороги определяется по формуле
;
где -
средний коэффициент заложения склонов по оси дороги.
Определяем значение расчетной расходной
характеристики по формуле
где Qр
- расчётный расход стока ВП = 1%, равная 9,43 м3/с; -
уклон лога у сооружения, равный 0,0066.
Используя способ подбора произвольно назначаем
значение h1 = 1,0 м и последовательно
вычисляем:
Определяем площадь живого сечения по формуле
м2;
- Определяем площадь смоченного периметра по
формуле
м;
Определяем гидравлический радиус по формуле:
м;
Скоростную характеристику определяем по прил.3:
м/с;
Определяем расходную характеристику по формуле:
м2/с;
Рассчитываем расхождение по формуле:
; > 5%
Так как расхождение между и
>
5%, то повторяем весь расчёт для h2
=0,35 м:
Определяем площадь живого сечения по формуле:
м2;
Определяем площадь смоченного периметра по
формуле:
м;
Определяем гидравлический радиус по формуле:
м;
Скоростную характеристику определяем по прил.3:
м/с;
Определяем расходную характеристику по формуле:
м2/с;
Рассчитываем расхождение по формуле:
< 5%
Так как расхождение между и
<
5%, то нормальная глубина потока h0
=0,35 м;
Рассчитываем скорость потока в логе при h0=0,35
м по формуле:
V0=W0*
=6,79*=0,55
м/с,
что меньше допускаемой не размывающей скорости,
равной 0,8 м/с в зависимости от типа грунта (гравий 5…10 мм), т.е. находится в
рекомендуемых пределах.
Расчёт для остальных бассейнов проводим
аналогичным образом.
4.2 Гидравлический расчет малых мостов
Рассчитать отверстие малого моста с откосными
крыльями и подобрать тип укрепления подмостового русла для расчетного расхода Qрасч=9,43
м3/с. Бытовая глубина воды в логе h0=0,35
м, напор воды перед мостом H0=0,80
м.
1. По табл.1 устанавливаем, что устоям с
откосными крыльями соответствует коэффициент расхода m=0,35,
тогда по табл.4 критерий затопления N=0,80.
2. Проверяем условие затопления
то под мостовое русло является незаполненным и
поэтому коэффициент затопления
. Определяем размер отверстия моста по
формуле
м
Принимаем ближайшее большее стандартное значение
b1 = 8,6 м.
. Определяем уточненное значение напора
перед мостом по формуле
1. Условие не
изменилось. По табл. устанавливаем, что К1=0,52 и по формуле определяем глубину
в расчетном сечении:
Скорость потока в расчетном сечении может быть
определена из условия неразрывности
По данным устанавливаем, что при Vрасч = 2,67
м/с и hрасч = 0,41 м под мостовое русло необходимо укрепить грунтом,
стабилизированным битумом. Расчёт для остальных бассейнов мы проводим
аналогичным образом.
Заключение
В результате выполнения курсовой работы по
изысканию и проектированию автомобильной дороги Якутск - Покровск, третьей
категории Хабаровского края разработаны: основные гидрографические
характеристики водосборных бассейнов; расчетный расход стока; элементы потока и
его характеристики; типы труб и мостов; бытовая глубина.
Список использованной литературы
1. Определение
характеристик водосборного бассейна и расчетного расхода стока: Методическое
указание к практическим занятиям и дипломному проекту малых дорожных
водопропускных сооружений для студентов специальности 270205.65 «Автомобильные
дороги и аэродромы» всех форм обучения /Сост. В. П. Горбачев, Л. В.
Кормилицына. - Хабаровск: Изд-во Хабар. гос. техн. ун-та, 2008. - 29с.
2. Проектирование
и гидравлический расчет типовых водопропускных труб. Методическое указание для
студентов специальности 270205.65 «Автомобильные дороги и аэродромы» всех форм
обучения. / Сост. В. П. Горбачев, Л. В. Кормилицына. - Хабаровск: Изд-во
Тихоокеан. гос. ун-та 2007.-21с.
. Проектирование
и гидравлический расчет типовых малых мостов. Методическое указание для
студентов специальности 270206.65 «Автомобильные дороги и аэродромы» всех форм
обучения./ Сост. В.П. Горбачев, Л.В. Кормилицына. - Хабаровск: Изд-во
Тихоокеан. гос. ун-та, 2011. - 40с.