Изыскание и проектирование автомобильной дороги: Якутск - Покровск

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.

.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

.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

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

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.