Размещение искусственных водопропускных сооружений. Расчет стока, выбор типов и размеров сооружений

6.1. Типы водопропускных сооружений

Железные и автомобильные дороги пересекают многочисленные водотоки - как периодические (лога и овраги), так и постоянные. Для преодоления водного пространства возводят искусственные водопропускные сооружения, которые делятся на малые (длиной до 25 м), средние (длиной 25-100 м) и большие (длиной более 100 м).

Наибольшее распространение в современной практике железнодорожного строительства получили следующие малые водопропускные сооружения:

· круглые железобетонные трубы с диаметром отверстия 1,0-2,0 м одно-, двух- и трехочковые;

· прямоугольные железобетонные трубы с отверстием 1,0-4,0 м одно-, двухочковые;

· прямоугольные бетонные трубы с отверстием 2,0-6,0 м одно-, двухочковые;

· круглые из гофрированного металла с диаметром отверстиями 1,5-14,0 м одно-, двух- и трехочковые;

· сборные железобетонные мосты эстакадного типа; железобетонные мосты с обсыпными устоями.

Земляное полотно железной дороги является препятствием для стока поверхностных вод. Неправильное устройство водотоков может привести к размыву как земляного полотна самой железной дороги, так и грунта на окружающих ее территориях, к образованию оврагов и оползней. Именно поэтому особенно важно правильно разместить водопропускные сооружения и подобрать размеры их отверстия.

Мосты с устройством пути на балласте, а также трубы могут располагаться при любых сочетаниях плана и профиля, разрешенных для перегона. Мосты с безбалластной проезжей частью следует устраивать только на прямых участках пути и на уклонах не круче 4 ‰.

Предельная высота насыпи для размещения труб – 19 м (для гофрированных – 5-7 м). Сборные железобетонные мосты эстакадного типа сооружаются при высоте насыпи 2-8 м, а железобетонные мосты с обсыпными устоями – при высоте до 20 м.

Выбор типа искусственного сооружения зависит от величины стока поверхностных вод, которая пропорциональна площади водосбора данного сооружения.

6.2. Определение местоположения ИССО. Понятие водосборного бассейна

Водопропускные сооружения должны быть размещены в местах возможного скопления воды у насыпей земляного полотна, т.е. в местах пересечения трассой временных (сухой лог) и постоянных водотоков.

Местоположение искусственных сооружений наиболее удобно определять с помощью одновременного анализа плана и продольного профиля трассы. ИССО располагаются во всех пониженных местах линии земли на продольном профиле (рис. 32).

Рис. 32. Места размещения ИССО

 

Места расположения водопропускных сооружений на проектируемом участке железнодорожной трассы показаны на рис. 33.

Часть земной поверхности, с которой атмосферные осадки стекают к пониженному месту на трассе называют водосбором или бассейном. Водосбор расположен с верховой стороны от трассы и ограничен по периметру линиями водоразделов и земляным полотном дороги. Верхней границей водосбора является обычно главный или продольный водораздел, боковыми границами являются поперечные водоразделы.

Границы и площади водосборов определяются по картам в горизонталях для каждого ИССО, которые после определения их местонахождения на продольном профиле условными знаками (][) наносятся на план трассы. Построение границ водосборов следует начинать от водораздельных точек. На рис. 33 границы водосборов на карте в горизонталях показаны пунктирной линией, а русло водотока – точками.

Рис. 33. Границы водосборных бассейнов

Установленные по картам площади водосборов измеряются в квадратных сантиметрах , а затем пересчитываются в квадратные километры:

	(13)
где	0,25	–	масштабный коэффициент при масштабе карты Мг-1:50000.

Для русла (а для периодических водотоков – лога) каждого водосборного бассейна определяется уклон главного лога:

,	(14)
где	H в, H к	–	отметки земли соответственно в вершине лога и у искусственного сооружения, т.е. в конце лога, м;
	L л	–	длина главного лога, км; измеряется по карте в горизонталях.

6.3. Расчет величины стока поверхностных вод с водосборного бассейна

Сток поверхностных вод представляет собой процесс стекания некоторого количества воды по склонам и логам водосбора за определенное время к его замыкающему створу, где располагается водопропускное сооружение.

В проектной практике принято различать, в зависимости от причин возникновения, два основных вида стока поверхностных вод:

– сток дождевых паводков,

– сток весеннего половодья.

На некоторых территориях (преимущественно горные районы в южной части страны) возможен смешанный сток – результат сочетания снеготаяния и таяния ледников с весенними дождями.

Тип и размеры искусственного сооружения устанавливаются по преимущественному стоку: ливневому, снеговому или смешанному.

Для линий III и более высоких категорий размеры мостов и труб определяются при расчетных паводках, вероятности превышения 1:100 (1 %) и для линий IV категории - 1:50 (2 %), т.е. расчет ведется на такой значительный расход или уровень воды, который может быть превышен примерно один раз соответственно за 100 и 50 лет.

Основной документ, по которому производят гидрологические расчеты в нашей стране, – «Свод правил по определению основных расчетных гидрологических характеристик (СП 33-101-2003)». Для предварительного назначения отверстий сооружений на стадии сравнения вариантов трассы дороги допускается расчет величины стока проводить с помощью номограмм.

В курсовой работе следует пользоваться приближенным методом расчета величины стока по номограммам, при этом допускается определять величину только ливневого стока, который чаще всего оказывается преимущественным на водосборе.

Максимальный расход ливневого стока ежегодной вероятности превышения Р = 1% для водосборов с песчаными и супесчаными почвами определяют по номограмме (рис. 34) в зависимости от площади водосбора F, уклона главного лога J _л, ‰, номера ливневого района и группы климатических районов:

Номер ливневого района устанавливается по карте-схеме ливневых районов (рис. 35), а номер группы климатических районов по табл.8.

Таблица 8

Номера ливневых районов	1, 2, 3	3а, 4	5, 6	7, 8, 9
Группа климатических районов	V	IV	III	II	I

 

Методика определения расхода ливневого стока по номограмме следующая.

На шкале I _л номограммы (рис. 34) находим точку, соответствующую уклону главного лога, I _л (для примера, I _л = 18‰). Через эту точку проводим вертикаль до пересечения с линией, соответствующей номеру группы климатических районов (в рассмотренном примере – V). Через полученную точку проводим горизонтальную прямую вправо до пересечения со шкалой x.

На шкале F находим точку, соответствующую площади бассейна (например, F = 20,0 км²), и через нее проводим вертикальную прямую до пересечения с линией, соответствующей ливневому району (№ 3). Через полученную точку проводим горизонтальную прямую влево до пересечения со шкалой y.

Соединяем полученные точки на шкалах x и y и в месте ее пересечения этой линии со шкалой Q находим (для данного примера = 30 м³/с).

По номограммам определяется расход ливневого стока с вероятностью превышения 1:100 (1 %) для водосборов с песчаными и супесчаными почвами. Для определения расходов стоков с иной вероятностью превышения и для водосборов с почвами, отличными от песчаных и супесчаных, расход, полученный по номограмме , умножается на поправочный коэффициент k _л, значения которого приведены в табл.9, т.е.

(15)

Рис. 34. Номограмма для определения дождевых расходов с вероятностью превышения 1% при песчаных и супесчаных почвах: 1…10 – номера дождевых районов по карте-схеме; I…Y – группы климатических районов

Рис. 35. Карта-схема ливневых районов

Таблица 9

Значение поправочного коэффициента k _л

Вероятность превышения расхода, %	Грунт водосбора
глинистый и суглинистый	песчаный и супесчаный	рыхлый (осыпи)
0,33	1,46	1,39	1,32
	1,05	1,00	0,96
	0,88	0,84	0,80

 

В рассматриваемом примере категория проектируемой железной дороги – II (см. исходные данные), поэтому расчетный расход определяется с вероятностью превышения 1%. Тип почв водосбора – песчаный (см. исходные данные). Следовательно, значение поправочного коэффициента k _л = 1,00 (см. табл. 9).

Район проектирования – Ленинградская область (см. исходные данные). По карте − схеме ливневых районов (см. рис. 35) находим номер района – 3, которому соответствует V группа климатических районов (см. табл. 8).

На рис. 34 приведена номограмма, на которой изображен процесс определения расхода воды для первого водосборного бассейна рассматриваемого примера.

Значение величины стока поверхностных вод определяется для каждого водосборного бассейна. Расчет рекомендуется вести в табличной форме (табл. 10), все водопропускные сооружения нумеруются по ходу километров. Заполнение граф 6 – 11 табл. 10 ведется в соответствии с рекомендациями п.6.4.

Таблица 10