Гидравлический расчет дорожных канав

Дорожные канавы рассчитывают по уравнению равномерного течения жидкости. Если длина канавы (обычного кювета) невелика, то расчет ведут по одному значению расхода, фактически собирающемуся только к замыкающему сечению расчетного участка. При большой длине канав (например, нагорных) или при большой площади, с которой вода стекает к канаве, целесообразно делить ее на ряд конструктивных участков по длине и рассчитывать каждый участок на свое значение расхода.

Площадь, с которой стекает вода в низовой кювет длиной L, определяют как половину ширины дороги. К верховому кювету вода стекает не только с половины ширины дороги, но и может притекать с пространства до нагорной канавы, а при ее отсутствии - с некоторой плошали, водораздельные линии которой могут быть найдены по плану в горизонталях. Для расчета более опасного ливневого стока к канавам используют формулу (15.4) полного стока (в связи с малостью площадей бассейнов).

Типы укреплений канав выбирают на основании результатов гидравлических расчетов. Обычно при уклоне дна 5-10 ‰ канаву устраивают без укрепления. При больших уклонах принимают следующие типы укреплений: при уклонах дна от 10 до 30 ‰ - засев трав, одерновка или щебневание; от 30 до 50 ‰ - бетонные плиты или мощение; при уклонах более 50 ‰ - энергию потока гасят устройством специальных сооружений - перепадов и быстротоков (см. разд. 15.6). Кроме указанных типов укреплений используют также глинобетон, обработанный вяжущими материалами грунт, а также в последнее время стали использовать асфальтобетон.

Одерновку плашмя и в стенку применяют для укрепления откосов. Дно укрепляют одерновкой только при ширине канавы более 1 м (рис. 15.9, а). При ширине менее 1 м дно укрепляют щебнем, крупным гравием, доменным шлаком с утрамбованием. Толщину слоя щебня принимают 8-10 см. Дерн (для укрепления одерновкой плашмя) должен быть свежий луговой плотный. Торфяной и болотный дерн непригоден. Запрещается применять дернины поломанные, с нарушенной корневой системой. Размер штучных дернин должен быть не менее 20´25 см, толщина дерна 6-8 см. Дернины укладывают с перевязкой швов. При укреплении одерновкой в стенку (с обязательным перекрытием всех швов) дернина должна перекрывать соседнюю дернину с каждой стороны не менее чем на 6-8 см. В засушливых районах и в особо сухих местах одерновка плашмя и в стенку не допускаются. Следует иметь в виду, что укрепление одерновкой требует больших затрат ручного труда.

Мощение (рис. 15.9. б) выполняют камнем высотой 12-14, 14-16 и 16-18 см.

Рис. 15.9. Укрепление канав:
а - дерном (дно - щебнем); б - мощением;
1 - щебень; 2 - дерн; 3 - подготовка под мощение; 4 - камень

При песчаных и супесчаных грунтах обязательна укладка между грунтом и каменным мощением слоя глины толщиной 10-15 см. Мощение выполняют на слое сена, мха, соломы или щебня. Камни при устройстве укрепления должны быть уложены плотно, тычком, с тщательным заполнением промежутков щебнем и утрамбовкой. Укладка отдельных камней плашмя не допускается. Укрепление каменным мощением также плохо поддается индустриализации и механизации строительных работ.

Для устройства глинобетонных укреплений применяют глинобетон из мягкой жирной глины со щебнем из природного камня или кирпича. Толщина глинобетонного укрепления должна составлять 25 см в районах с умеренным климатом и 15 см в южных районах. Допускаемые скорости течения воды для глинобетонных укреплений принимают как для плотной твердой глины. Слой глинобетона можно успешно применять в качестве основания для одиночной мостовой при супесчаных грунтах укрепляемого русла.

Укрепление грунтов путем обработки их вяжущими (парафинистой нефтью, мазутом, нефтяными остатками, жидким битумом, дёгтем и т.д.) целесообразно применять при строительстве дорог на песчаных и супесчаных грунтах. Толщину обработанного слоя грунта следует принимать в пределах от 5 до 10 см. Обработку ведут методом смешения. При толщине грунта 5 см, обработанного органическими вяжущими, допускаются скорости течения до 1 м/с, а при толщине 10 см - до 5 м/с.

Укрепление одерновкой и мощением очень трудоемко. В связи с этим все более широкое распространение получают индустриальные типы укреплений или приемы, поддающиеся механизации, например, засев трав по подготовленному грунту вместо одерновки. При больших скоростях течения можно применять заливку тощим бетоном (на низких марках цемента) по подготовленному щебеночному слою. Особенно широко применяют облицовку в виде бетонных плит размером 50´50´8 см. В последние годы все более широкое применение при производстве укрепительных работ стал находить асфальтобетон.

Выбор того или иного типа укрепления канавы зависит от скорости протекания воды, назначения канавы и наличия местных материалов. Тип укрепления выбирается по табл. 15.3, 15.5 и 15.6. Скорость течения воды определяют по формуле Шези-Маннинга:

где (15.7)

R - гидравлический радиус, м;

I - уклон дна канавы, ‰;

С - коэффициент Шези;

п - коэффициент шероховатости (табл. 15.11).

Таблица 15.11.

Коэффициенты шероховатости п

Укрепление	Значение п	Укрепление	Значение п
Засев травой или одерновка Мощение	0,025 0,020	Бетонные плиты Неукрепленные канавы	0,017 0,030

Для вычисления С = R ^1/6 n ^-1 можно использовать график (рис. 15.10).

Гидравлические элементы трапецеидальных канав могут быть найдены по следующим зависимостям:

а) площадь сечения потока

где (15.8)

b - ширина канавы по дну, м;

h - глубина воды, несколько меньшая, чем полная глубина канавы (приблизительно на 0,2 м);

т ₁ и т ₂ - в общем случае не равные показатели крутизны откосов канав;

б) смоченный периметр

(15.9)

Рис. 15.10. График для определения коэффициента Шези

При b = 0 приведенные выше формулы будут справедливы для треугольного поперечного сечения канав;

в) гидравлический радиус

R = w / c (15.10)

Наиболее часто встречаются две задачи расчета:

1-я задача. Определить пропускную способность канавы при заданной ее глубине h_кан, известных материале укрепления стенок и уклоне. В этом случае расчет сводится к определению допустимой глубины воды в канаве (h_кан - z), где z - запас по какому-либо заданному условию или 0,2 м; затем по формулам (15.8), (15.9), (15.10) определяют гидравлические элементы потока, по формуле (15.7) находят скорость и вычисляют пропускную способность канавы Q = wv.

2-я задача. Определить глубину наполнения канавы, зная ее уклон, расход; подобрать тип укрепления. Задача решается последовательными приближениями, так как скорость течения зависит от шероховатости, а шероховатость соответствует типу укрепления, назначаемому по скорости течения.

Рекомендуется графоаналитическое решение, которое сводится к построению графика

Задавая несколько значений глубины, вычисляют R по формулам (15.8), (15.9), (15.10), а затем функции R ^2/3 и wR ^2/3 и строят график (рис. 15.11).

Рис. 15.11. Графики к расчету канав

Откладывая на оси абсцисс значения А_n при различных п (соответствующих разным типам укреплений), где , получают глубину и соответствующие им функции R ^2/3. Затем вычисляют скорости по полученным глубинам наполнения по формуле (15.7) и проверяют соответствие их принятым типам укреплений.

Дата добавления: 2015-06-04