Имени адмирала С. О. Макарова»

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

МОРСКОГО И РЕЧНОГО ФЛОТА

ИМЕНИ АДМИРАЛА С.О. МАКАРОВА»

 

 

Журавлев М.В.

 

 

КОРЕННОЕ УЛУЧШЕНИЕ ЗАТРУДНИТЕЛЬНОГО

УЧАСТКА РЕКИ КОМПЛЕКСОМ

ДНОУГЛУБИТЕЛЬНЫХ И ВЫПРАВИТЕЛЬНЫХ РАБОТ

учебно-методическое пособие по выполнению

Курсового проекта

 

Санкт-Петербург

УДК 627.42

ББК 39.411

 

Рецензент:

Профессор кафедры «Гидротехнических сооружений, конструкций и гидравлики» ФГБОУ ВПО «Государственный университет

морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова»,

доктор технических наук

Гапеев А.М.

 

Журавлев М.В.

Коренное улучшение затруднительного участка реки комплексом дноуглубительных и выправительных работ:

учебно-методическое пособие по выполнению курсового проекта – СПб.: ГУМРФ имени адмирала С.О. Макарова, 2013. – 48 с.

 

Содержат рекомендации по выполнению курсового проекта по дисциплине “Водные пути» и «Выправление русел рек».

Предназначены для студентов гидротехнического факультета, обучающихся по специальности 270104.65 “Гидротехническое строительство” и направлению подготовки 270800.62 “Строительство” (профиль Гидротехническое строительство).

 

Печатается по решению редакционно-издательского совета ГУМРФ имени адмирала С.О. Макарова.

 

УДК 627.42

ББК 39.411

© Журавлев М.В., 2013

© ГУМРФ имени адмирала С.О. Макарова, 2013

ВВЕДЕНИЕ

Целью выполнения курсового проекта является закрепление теоретических знаний, полученных студентами при изучении курса «Водные пути» (специальность 270104.65 «Гидротехническое строительство») и «Выправление русел рек» (направление подготовки 270800.62 «Строительство» – профиль Гидротехническое строительство). В этих курсах рассматриваются способы улучшения судоходных условий на затруднительных участках свободных рек комплексом дноуглубительных и выправительных работ, а также расчеты выправительных сооружений и методы их возведения.

В методических указаниях излагается содержание и порядок выполнения разделов курсового проекта. Результаты работы оформляются в виде пояснительной записки и графических материалов в соответствии с требованиями ЕСКД.

ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

В качестве исходных данных для проектирования каждому студенту выдается индивидуальное задание, которое содержит следующие материалы: 1) план затруднительного участка реки в масштабе 1:5000 или 1:10000; 2) сопоставленные планы участка реки за несколько предшествующих лет; 3) расчетные уровни вод­ы на опорном гидрологическом посту; 4) расчетные расходы вода; 5) гарантированные габаритные размеры судового хода; 6) коэффициенты шероховатости русла; 7) крупность донных отложений; 8) конструктивный тип выправительных сооружений; 9) один из производственных процессов возведения выправительных сооружений.

Планы затруднительного участка реки выдаются в соответствии с последней цифрой шифра студента-заочника. Вариант исходных данных к проекту и номер плана приведены в прил.1, по которому составляется задание (форма в прил.2).

СОСТАВ ПРОЕКТА

Требуется: I) выполнить анализ русловых переформирований; 2) рассчитать ширину выправительной трассы; 3) составить два варианта схемы коренного улучшения затруднительного участка, запроектировав расположение выправительных сооружений, капитальных прорезей и отвалов грунта; 4) определить объем дноуглубительных работ, объем строительных материалов на выправительные сооружения и ориентировочную стоимость работ по вариан­там схемы коренного улучшения; 5) рассчитать высоту полузапруды и крупность материала, применяемого для крепления ее гребня; 6)рассчитать высоту запруды и длину крепления дна в ее нижнем бьефе; 7) выполнить конструктивный чертеж одного из русловых сооружений; 8) составить схему одного из произ­водственных процессов возведения выправительного сооружения.

ОФОРМЛЕНИЕ ПРОЕКТА

 

Курсовой проект состоит из одного листа чертежей в карандаше и пояснительной записки, которая выполняется в рукописи на одной стороне бумаги стандартного формата. После титульного листа проекта следует текст задания (вариант задания определяется по последней цифре личного шифра студента-заочника), а потом расчетно-пояснительный текст. Записка должна быть разбита на пункты, отвечающие пунктам задания. Текст записки сопровождается графическими материалами: планом участка реки на светокопии, графиками и схемами на листах миллиметровой бумаги стандартного размера. Все рисунки пронумеровываются, и даются подрисуночные подписи. Расчеты, которые содержат повторяющиеся операции, сводятся в таблицы. При пользовании формулами необходимо объяснить все буквенные обозначения. Для всех размерных величин надо указывать единицы измерения.

Чертеж выполняется карандашом на одном листе ватмана формата АI (594´841 мм). На листе размещаются:

1) план участка реки в масштабе 1:5000 или 1:10000, на котором показаны варианты выправительной трассы, русловые сооружения, прорези и отвалы грунта;

2) графическое построение к расчету высоты полузапруды;

3) графики модулей сопротивления русла и кривые свобод­ной поверхности в судоходном и несудоходном рукавах;

4) схематический поперечный разрез запруды с водоворотной зоной нижнего бьефа;

5) схема одного из производственных процессов возведения выправительного сооружения;

6) фасад, план и поперечный разрез запруды или полузапруды.

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО РАЗДЕЛАМ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

Составление схемы коренного улучшения судоходных условий УЧАСТКА РЕКИ

 

Варианты схемы коренного улучшения участка

Трасса принятой ширины наносится на план участка с учетом общих принципов ее начертания. Главные общие принципы приложения выправительной трассы в русле реки сводятся к следующему: I) трасса всюду, где возможно, должна одной кромкой опираться на ведущий берег русла; 2)на участках рек с двусторонней поймой, где приблизить трассу к неразмываемому берегу не удается, сле­дует придавать трассе криволинейное очертание, располагая её по возможности в пределах зон размыва дна; 3) места переходов от кривой одного знака кривизны к кривой другого знака желатель­но приурочивать к устойчивым участкам берегов; 4) необходимо избегать приложения трассы по участкам русла с интенсивным дви­жением наносов.

Разрабатываются два варианта начертания трассы, например, на участке разветвления русла - проложив ее по равным рукавам речного русла, а на однорукавных участках - вдоль одного из берегов или в середине русла. Для каждого из вариантов трассы дается расположение выправительных сооружений (полузапруд, дамб, береговых укреплений, запруд), а также назначаются проре­зи и отвалы грунта. Предполагается, что все прорези будут выполнены в песчаном грунте траншейными землесосами с рефулером длиной 400 м. Ширина капитальных прорезей принимается равной В_п = (1.2÷1,5) В_г (где B_г – гарантированная ширина судового хода). Трассирование прорезей и назначение мест отвалов грунта производится в соответствии с указаниями § 4.2 и § 4.3 [1]. При закреплении трассы выправительными сооружениями необходимо руководствоваться положениями § 10.1, 10.2 и 11.З [1]. Выбор створа расположения запруды в несудоходном рукаве делается в соответствии с указаниями §11.3 [1].

В тексте пояснительной записки приводится описание вариан­тов схемы улучшения с обоснованием назначения запроектированных выправительных сооружений. Для этого на плане участка реки все прорези и выправительные сооружения по каждому варианту нумеру­ются.

Таблица 3

Объем и стоимость выправительных работ

№ варианта	№ сооружения	Длина сооружения lс, м	Средняя высота Pс, м	Площадь поперечного сечения ωс, м^2	Потребность в материалах	Стоимость, у.е.
камень, м^3	грунт, м^3
I
Общая стоимость выправительных работ................у.е.
II
Общая стоимость выправительных работ................у.е.
Общая стоимость дноуглубительных и выправительных работ:
Вариант I...........................................у.е.
Вариант II.........................................у.е.

 

Расчет высоты полузапруды

Высота полузапруды определяется по способу ЛИВТа в следующей последовательности:

1. Вычерчивается поперечное сечение в створе полузапруды, на котором показываются проектный и расчетный уровни, а так­же полузапруда и выправительная трасса (рис.4).

2. Строится интегральная кривая распределения расхода воды при расчетном уровне H_р=H_ср.м+1.5 м и определяется расход воды Q_св.б, проходящий в пределах выправительной трассы в бытовом состоя­нии русла, а также площадь ω_св этой части поперечного се­чения (см. рис.4).

При построении интегральной кривой необходимо помнить, что полный расход Q, проходящий при расчетном уровне H_р через поперечное сече­ние шириной В выражается интегралом

(3)

Величина определяется как отношение заданного расхода воды к величине интеграла

 

(4)

Для построения интегральной кривой распределения расхода воды на характерных вертикалях вычисляют значения h^3/2. Подсчитывают средние значения (h^3/2)_ср в отсеках, расположенных между смежными вертикалями, и для каждого из них вычисляют произведения ∆b(h^3/2)_ср, где ∆b - ширина отсека (расстояние между смежными вертикалями).

Последовательно суммируют значения вычисленных произведений ∆b(h^3/2)_ср, т.е. таким образом вычисляют значение интеграла для всего поперечного сечения шириной B.

По формуле (4) вычисляют значение коэффициента k для данного поперечного сечения при известном полном расходе воды Q. Затем определяют значения ординат интегральной кривой распределения расхода воды по ширине русла путем умножения результатов последовательного суммирования величин ∆b(h^3/2)_ср на значение коэффициента k. При этом в конце поперечного сечения должен получиться полный расход воды Q = k ∑ ∆b(h^3/2)_ср.

По данным вычислений строится интегральная кривая распределения расхода воды в поперечном сечении русла и графически определяется значение расхода воды Q_св.б (см. рис.4).

3. Подсчитывается потребный расход воды в пределах выправительной трассы Q_св, который может обеспечить необходи­мый размыв дна в пределах судового хода: Q_св = ω_свV_р (где V_р - потребная для размыва дна расчетная скорость). Расчетная скорость определяется по формуле:

(5)

где К_зап – коэффициент запаса, принимаемый равным 1.2÷1.4;

V_разм – размывающая скорость.

 

Рис. 4. Графическое распределение расхода воды по ширине расчетного поперечника

в створе полузапруды

 

Размывающая скорость вычисляется по соотношению V_разм = 1,3V_нр, где V_нр – неразмывающая скорость, определяемая по формуле В.Н. Гончарова:

(6)

где d₅₀ и d₉₀ – диаметры частиц грунта, обеспеченные соответственно на 50 и 90% по кривой гранулометрического состава (указаны в задании);

Т = Т_г + (H_р – H_пр) – глубина на судовом ходу при расчетном уровне.

4. Вычисляется основной показатель работы затопленной полузапруды по перераспределению расхода воды по ширине русла по формуле

(7)

Если при расчете получилось значение коэффициента К_св ≤ 1.0, то в курсовом проекте при выполнении дальнейших расчетов необ­ходимо условно принять значение К_св = 1.1.

5. Подсчитываются коэффициенты, характеризующие степень затопления полузапруды К _сл = ω_сл/ω_п и степень стеснения потока m = ω_п/ω_г. Для этого вычисляются величины: ω_п – часть площади поперечного сечения, перекрываемая полузапрудой; ω_сл - часть площади поперечного сечения, расположенная над гребнем полузапруды до расчетного уровня воды; ω_г - полная площадь поперечного сечения при уровне воды вровень с гребнем полузапруды.

Для определения коэффициентов К _сл и m задаются тремя отметками гребня полузапруды Zг в интервале между проектным Н_пр и расчетным Н_р уровнями. Гребень полузапруды принимается горизонтальным. Результаты расчетов сводятся в табл.4.

6. Строятся кривые зави­симости К_сл = f₁ (Zг), m = f₂(Zг), К_сл = f₃(m), как показано на рис.5. На этот график наносят опытную прямую К_сл = f₄(m, К_св), которая соответствует подсчитанному значению параметра К_св. Координаты опытных прямых определяют по графику,приведенному на рис.6.

Пересечение кривой К_сл = f₃(m) и прямой К_сл = f₄(m, К_св) определяет искомую расчетную отметку гребня полузапруды Z_г.

Таблица 4

Значения коэффициентов, характеризующих степень затопления

полузапруды К_сл и степень стеснения потока полузапрудой m

 

№ п.п.	Отметка гребня Zг, м	ωп, м^2	ωсл, м^2	ωг, м^2	m	Kсл
	Hпр
	Hпр+.....м
	Hр

 

 

Таблица 6

Таблица 8

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

 

1. Гришанин К.В., Дегтярев В.В., Селезнев В.М. Водные пути. – М.: Транспорт, 1986. – 400 с.

2. Руководство по улучшению судоходных условий на свободных реках. – СПб: СПГУВК, 1992. – 312 с.

3. Руководство по проектированию коренного улучшения судоход­ных условий на затруднительных участках свободных рек. – Л.: Транспорт, 1974. – 309 с.

4. Руководство по проектированию, строительству и эксплуатации выправительных сооружений из грунта. – М.: Транспорт, 1971. – 191 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Исходные данные к курсовому проекту

№ п.п	Наименование исходных данных	Букв. обозн.	Варианты задания (последняя цифра шифра студента-заочника)
	Номер плана участка реки	−
	Уровни над “0” графика гидрологичес-
	кого поста:
	а) проектный	Hпр, м	0.00	0.00	-0.70	0.00	0.30	-0.50	0.50	0.50	0.30	0.00
	б) среднемеженный	Hср.м, м	0.50	0.40	-0.20	0.60	0.80	0.00	1.00	1.00	0.80	0.60
	в) низкий уровень весеннего ледохода	Zнл, м	2.0	2.0	2.0	1.8	2.1	2.0	2.2	2.0	2.3	2.4
	Расчетные расходы воды:	Q, м^3/с
	а) при проектном уровне	−”−
	б) при среднемеженном уровне	−”−
	в) при уровне Hср.м + 1.5 м	−”−
	Гарантированные габариты судового
	хода:
	а) глубина судового хода	Tг, м	1.5	3.0	2.75	1.0	1.25	3.0	1.25	1.25	1.5	2.5
	б) ширина судового хода	Bг, м
	в) радиус закругления	Rг, м

 

 

Продолжение Прил. 1

№ п.п	Наименование исходных данных	Букв. обозн.	Варианты задания (последняя цифра шифра студента-заочника)
	Гранулометрический состав грунта
	а) диаметр частиц 50% обеспеченности	d50, мм	0.8	2.5	0.4	0.6	0.8	0.5	0.6	0.3	0.6	0.4
	а) диаметр частиц 90% обеспеченности	d90, мм	1.6	5.0	0.9	1.2	1.6	1.0	1.2	0.6	1.2	0.8
	Коэффициенты шероховатости русла:
	а) судоходный рукав	nс, с/м^1/3	0.018	0.020	0.019	0.025	0.017	0.026	0.023	0.025	0.020	0.019
	б) несудоходный рукав	nнс, с/м^1/3	0.022	0.023	0.021	0.027	0.020	0.028	0.025	0.030	0.024	0.025
	Выполнить конструктивный чертеж	Усл.
	сооружения *^)	шифр	ЗКН	ПН	ПН	ПНС	ЗКН	ПН	ЗКН	ПНС	ЗКН	ПК
	Разработать схему производства	Усл.
	работ **^)	шифр	УК	НГ	НГ	ОГБ	ОГБ	НГ	УК	ОГБ	УК	НГ

*^) ЗКН – запруда из каменной наброски ПН – полузапруда намывная ПНС – полузапруда насыпная ПК – полузапруда комбинированная

**^) УК – укладка камня в сооружение НГ – намыв грунта в сооружение ОГБ – отсыпка грунта бульдозером

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

ЗАДАНИЕ

на выполнение курсового проекта

 

студенту __________________________ шифр ______________

(Ф.И.О.)

 

1. Номер плана участка реки..............................................................................

2. Уровни воды над “0” графика гидрологического поста:

проектный......................................................................................................м

среднемеженный...........................................................................................м

низкий уровень весеннего ледохода...........................................................м

3. Расчетные расходы воды:

при проектном уровне..............................................................................м³/с

при среднемеженном................................................................................м³/с

при уровне выше среднемеженного на 1.5 м.........................................м³/с

4. Гарантированные габариты судового хода:

глубина...........................................................................................................м

ширина...........................................................................................................м

радиус закругления.......................................................................................м

5. Гранулометрический состав грунта:

диаметр 50% -ной обеспеченности...........................................................мм

диаметр 90% -ной обеспеченности...........................................................мм

6. Коэффициенты шероховатости русла:

судоходный рукав...................................................................................с/м^1/3

несудоходный рукав...............................................................................с/м^1/3

7. Выполнить конструктивный чертеж сооружения

типа...................................................................................................................

8. Разработать схему производства работ по.....................................................

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ................................................................................................ 3

ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ..................................................................... 4

СОСТАВ ПРОЕКТА................................................................................. 4

ОФОРМЛЕНИЕ ПРОЕКТА....................................................................... 5

МЕДОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО РАЗДЕЛАМ

КУРСОВОГОПРОЕТА.............................................................................. 6

1. АНАЛИЗ РУСЛОВЫХ ПЕРЕФОРМИРОВАНИЙ УЧАСТКА........... 6

2. РАСЧЕТ ШИРИНЫ ВЫПРАВИТЕЛЬНОЙ ТРАССЫ....................... 7

3. СОСТАВЛЕНИЕ СХЕМЫ КОРЕННОГО УЛУЧШЕНИЯ

СУДОХОДНЫХ УСЛОВИЙ УЧАСТКА РЕКИ................................ 10

3.1. Варианты схемы коренного улучшения участка........................ 10

3.2. Подсчет объемов дноуглубительных и выправительных

работ и определение их стоимости............................................... 11

4. РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ ПОЛУЗАПРУДЫ........................................ 16

4.1. Расчет высоты полузапруды........................................................ 16

4.2. Проверка отметки гребня полузапруды на пропуск

весеннего ледохода....................................................................... 20

4.3. Расчет крупности материала крепления гребня полузапруды... 20

5. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ЗАПРУДЫ........................................ 22

5.1. Расчет распределения расхода воды по рукавам при

свободном состоянии несудоходного рукава.............................. 23

5.2. Определение проектного расхода воды в судоходном рукаве.. 26

5.3. Расчет кривых свободной поверхности в рукавах

при проектном состоянии............................................................. 29

5.4. Определение отметки гребня запруды........................................ 33

5.5. Определение режима сопряжения бьефов и назначение

длины крепления дна в нижнем бьефе запруды......................... 39

6. ВЫПОЛНЕНИЕ КОНСТРУКТИВНОГО ЧЕРТЕЖА

ВЫПРАВИТЕЛЬНОГО СООРУЖЕНИЯ............................................ 40

7. СОСТАВЛЕНИЕ СХЕМЫ ПРОИЗВОДСТВА РАБОТ

ПО ВОЗВЕДЕНИЮ ВЫПРАВИТЕЛЬНОГО СООРУЖЕНИЯ......... 41

Библиографический список...................................................... 42

Приложения........................................................................................ 43

Журавлев Михаил Валентинович

 

 

УЧАСТКА РЕКИ КОМПЛЕКСОМ

Учебно-методическое пособие по выполнению

Курсового проекта

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

МОРСКОГО И РЕЧНОГО ФЛОТА

ИМЕНИ АДМИРАЛА С.О. МАКАРОВА»

 

 

Журавлев М.В.