ОДМ 218.2 082-2017

ОТРАСЛЕВОЙ ДОРОЖНЫЙ МЕТОДИЧЕСКИЙ ДОКУМЕНТ

роспвтоаор

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРОВЕДЕНИЮ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ РАСЧЕТОВ МАЛЫХ ИССО НА АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГАХ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ДОРОЖНОЕ АГЕНТСТВО (РСК АВТОДОР)

ОДМ 218 2 082-2017

Предисловие

I РАЗРАБОТАН ООО «ГЕО-ПРОЕКТ»

2.    ВНЕСЕН Управлением научно-технических исследований и информационного обеспечения Федерального дорожного агентства Министерства транспорта Российской Федерации

3.    ИЗДАН на основании распоряжения Федерального дорожного агентства от 20.04.2017 №746-р

4    ИМЕЕТ РЕКОМЕНДАТЕЛЬНЫЙ ХАРАКТЕР

5    ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

г) при наличии в непосредственной близости автомобильной или железной дороги с водопропускным сооружением, расположенном на том же водотоке, проверить взаимное влияние уровнен подпертых вод на режим работы соседнего сооружения. Расчет взаимного влияния труб, расположенных каскадом приведен в разделе 9 настоящего отчета

В случае невыполнения проверок производится увеличение отверстия трубы и расчет повторяется

6.1.9 Определяется глубина и скорость воды на выходе из трубы и проверяется глубина размыва для принятого типа укрепления выходного русла.

По таблице 3 Приложения Л определяется параметр расхода П_у а) глубина потока на выходе h_uux, м, при параметре расхода По, меньшем или равном Поор) (определяется по таблице А.4) определяется из выражения:

(7)

где

Л_к - критическая глубина в трубе, м;

А_к - коэффициент, определяемый по таблице А.4.

Критическая глубина в общем случае определяется из выражения:

^а^ = 1.    (В)

где

а - коэффициент Кориолиса, принимаемый равным 1,1;

Q - расход, м²/с;

g - ускорение свободного падения, м/с²;

<о_к - площадь живого сечения при критической глубине, м²;

В_к - ширина живого сечения по свободной поверхности при критической глубине, м. Критическая глубина прямоугольного русла Л_К(„), м, определяется по формуле:

(9)

где

Я ⁼ Q/b_K ~ удельный расход, м²/с;

Критическую глубину в руслах различной формы сечений можно также определять по графикам рисунках Б.З, Б 4. Б.5.

При параметрах расхода П^ превышающем Пд(,_Р), глубина на выходе определяется из формулы:

“f = И_тДц)П£.

11

где

Л_к - критическая глубина в трубе, м;

А_т - коэффициент, определяемый по таблице А.5;

Sj - степень, принимаемая по таблице А.5.

б) скорости на выходе из труб и_вых, м/с, определяются по формуле:

где

Q - расход, м7с;

а>_вых ~ площадь живого сечения потока на выходе из трубы.

Алгоритм расчета нижнего бьефа трубы приведен в разделе 8 настоящих рекомендаций

6.2 Порядок расчета гофрированных труб.

6.2.1 Минимальный диаметр трубы I), м, определяется по следующей формуле:

(12)

где

Q - расчетный расход, м/с;

Пф - параметр расхода, определяемый по графику рисунке Б 2; д - ускорение свободного падения, м/с².

Параметр расхода определяется для соотношения 0,75 (условие

безнапорного режима работы)

К расчету' принимают большее ближайшее типовое значение D.

6.2.2 Определяется тип трубы в гидравлическом отношении трубы в гидравлическом отношении определяется значение критического уклона по формуле (1). При этом коэффициент шероховатости поверхности п определяется:

-    в отсутствии гладкого лотка 0.025... 0.03;

-    при наличии гладкого лотка п определяется по формуле:

(13)

где

Х-\ • /аят - части поперечного сечения трубы, занимаемые лотковой частью и гофрой соответственно, м,

п_я. Пип- коэффициенты шероховатости материала лотка и трубы соответственно Критическая глубина потока определяется по графику на рисунке Б.З.

12

ОДМ 218 2 082-2017

-    при /г £ а также при /> < в случае, если /г/) < 20 труба считается гидравлически «короткой»;

-    при /> /кр в случае, если /7- D < 20 труба считается гидравлически «длиной».

6.2.3    Подпор перед гидравлически «короткой» трубой в определяется по формуле

(5).

При этом коэффициент расхода т и ширина потока поверху Л* при этом могут быть определены в соответствии со значениями, приведенными в таблицах А.6, А.7.

6.2.4    Подпор перед гидравлически «длинной» трубой в безнапорном режиме определяется по формуле

где

Нкор - подпертая глубина перед аналогичной гидравлически «короткой» трубой, м.

6.2.5 Определяется глубина воды на выходе из трубы по следующим формулам: при Пд <0.8

_ °-⁵* п° ⁶

D ~ If "<?

при 0.8 < Пд< 1.35

/W _ 065 _п 1.9/?²⁵ D ~ <?⁰⁶    <?

при Пд> 1.35

Кых - D

6.2.6 Определяется скорость потока на выходе из трубы и_ных , м/с, из выражения:

где

D - диаметр трубы, м;

- уклон трубы, %.

7 Гидравлические расчеты косогорных груб

К косогорным относятся трубы со средним уклоном более 0,02. Косогорные трубы способны пропускать расход больше расчетного, получаемого для равнинных труб. Учет аккумуляции при расчете косогорных труб не допускается.

В гидравлическом отношении возможны 2 варианта работы косогорных труб:

1) трубы уложены на местности с уклоном более 0,02, на входе в которые поток находится в спокойном состоянии. Это возможно либо при отсутствии подводящих быстротоков, либо при наличии за быстротоком перед трубой водоприемного колодца

13

ОДМ 218 2 082-2017

Для такого типа косогорных труб пропускная способность определяется как для равнинных (см. раздел 6 настоящего ОДМ);

2) наиболее типичный вариант - трубы с условиями косогорного входа, т е. имеющие подводящий быстроток и бурный поток на входе в трубу.

При сопряжении быстротока с трубой устраивается участок сужения или сужающийся быстроток. В результате гидравлического расчета сужающегося быстротока получаются скорости потока, средние и максимальные глубины в конце сужения для дальнейшего расчета трубы.

Гидравлический расчет косогорных труб выполняется в следующем порядке;

7 I Назначаются тип и отверстие трубы по типовому проекту

7.2 Рассчитывается подводящий быстроток, начиная с угла сужения 20°. Определяются глубины и скорость потока на входе в трубу.

Расчет выполняется по одномерным уравнениям гидравлики (уравнениям Сен-Венана) на ЭВМ. В качестве исходных данных для расчета задаются профили поперечного сечения сужающегося быстротока в нескольких створах, их отметки, коэффициенты шероховатости Результатами расчета являются средние по сечению уровни свободной поверхности и скорости потока в каждом створе

Расчет также может быть выполнен по методике, разработанной Шаталовым М Л.

14):

7.2.1    По заданному расходу (7р._с<| определяется, используя данные типового проекта [5], ширина стандартного быстротока Вь прямоугольного сечения. Для повышения эффективности берется ширина трубы B,_v ближайшего меньшего сечения, чем это указано в типовом проекте [5].

7.2.2    По уравнению неравномерного движения В И. Чарномского [1], используя Оркч. Вг,. Lg, /«, п. определяются глубины и средние скорости потока по длине быстротока

7.2.3    С использованием глубины /ц и средней скорости V\, в конце подводящего быстротока, определяется число Фруда Fr_b по формуле.

avl 9b i

где;

а - коэффициент Кориолиса;

V_x - средняя скорость потока в конце подводящего быстротока, м/с; д - ускорение свободного падения, м/с²;

Л| - глубина в конце подводящего быстротока, м и степень сжатия бурного потока €= B_xv! Вь.

ОДМ 218 2 082-2017

7.2.4    По графику (рисунок Б 7). используя Fr_x и 1\ определяется в первом приближении угол «без вол нового» сужения быстротока, длина участка сужения и глубина воды на входе в трубу h₃.

7.2.5    Определяются параметры косого гидравлического прыжка р_х. h₂, Fr₂ по зависимостям:

Pi = в + arcsin -4=,    (18)

>J^Fr I

где:

Pi - угол фронта косого прыжка; в - угол сужения;

F_r% - число Фруда невозмущенного потока

^ = i(Jl + 8F_r, _Sm^,-1),    (19)

где:

hi,h₂- глубина, м;

Pi - угол фронта косого прыжка;

/у, - число Фруда невозмущенного потока.

_ CQS*p_x Sin(p,-g) ^г* ^r> cos '^i-б) sin

где:

fy₂ - число Фруда за фронтом косого прыжка;

F_r> - число Фруда невозмущенного потока;

Pi - угол фронта косого прыжка;

в - угол сужения;

7.2.6 Определяются параметры косого прыжка-волны Fr_lx, h_b, I, /₀, /_т, /ц. по формулам:

f),, = /V, ■ sirt²p„    (21)

где:

F_rtx - число Фруда потока, перпендикулярного фронту косого прыжка, F_rx - число Фруда невозмущенного потока;

Pi - угол фронта косого прыжка.

(22)

где

15

ОДМ 218 2 082-2017

1    Область применения..................................................................................................................4

2    Нормативные ссылки.................................................................................................................4

3    Обозначения................................................................................................................................5

4    Общие положения......................................................................................................................7

5    Классификация малых водопропускных сооружений на федеральных автомобильных

дорогах общего пользования........................................................................................................7

6    Гидравлические расчеты равнинных труб...............................................................................7

7    Г идравлические расчеты косогорных труб............................................................................13

8    Г идравлические расчеты нижнего бьефа...............................................................................20

9    Гидравлические расчеты труб, расположенных каскадом...................................................21

10    Гидравлические расчеты малых мостов..............................................................................22

Приложение А..............................................................................................................................26

Приложение Б..............................................................................................................................33

Приложение В..............................................................................................................................40

Библиография..............................................................................................................................45

ОДМ 218 2 082-2017 ОТРАСЛЕВОЙ ДОРОЖНЫЙ МЕТОДИЧЕСКИЙ ДОКУМЕНТ

Методические рекомендации по проведению гидравлических расчетов малых ИССО на автомобильных дорогах

1    Область применения.

Настоящий ОДМ содержит методики гидравлических расчетов малых водопропускных сооружений на федеральных автомобильных дорогах общего пользования на стадии проектирования в рамках нового стро1ггельства, реконструкции и ремонта

2    Нормативные ссылки

В настоящем методическом документе использованы нормативные ссылки на следующие документы:

2.1    Технический регламент Таможенного союза ТР ТС 014/2011 «Безопасность автомобильных дорог». Утверждён 18.10.2011г.

2.2    Федеральный закон № 384-ФЗ Технический регламент о безопасности зданий и сооружений. Редакция от 02.07.2013 г.

2.3    СП 34.13330.2012. Автомобильные дороги Актуализированная редакция СНнП 2.05.02-85*. Веден 01.07.2013г.

2.4    СП 35.13330.2011. Мосты и трубы. Актуализированная редакция СНиП 2.05.03-84* Введен 20.05.2011 г.

2.5    СП 33-101-2003. Определение основных расчетных гидрологических характеристик. Введен 26.12.2003г.

2.6    СП 131.13330.2012. Строительная климатология Актуализированная редакция СНиП 23-01-99* Введен 01.01.2013 г.

3    Термины, определения и обозначения

3.1 В настоящем отчете использованы следующие термины с соответствующими определениями и сокращениями:

Малые водопропускные сооружения - водопропускные трубы и малые мосты.

Гидравлические расчеты - комплекс расчетных действий с целью определения основных конструктивных и геометрических характеристик водопропускного сооружения.

Отверстие трубы - геометрический размер по внутренней поверхности трубы: для круглой - диаметр, для прямоугольной - расстояние между вертикальными стенками

Отверстие моста - свободная ширина зеркала воды под мостом, измеренная по расчетному уровню высоких вод.

4

ОДМ 218 2 082-2017

Гидролопшеские расчеты - раздел инженерной гидрологии, в задачи которого входит разработка методов, позволяющих рассч»гтать значения различных характеристик гидрологического режима.

Гидролопшеские характеристики - количественные оценки элементов гидрологического режима.

Расчетный расход воды - расход воды заданной вероятности превышения, принимаемый в качестве исходного значения для определения размеров проектируемых сооружений

Объем стока - количество воды, протекающее через рассматриваемый створ водотока за какой-либо период времени

Подпор воды - повышение уровня воды из-за наличия в русле препятствия для ее движения.

3.2 В настоящем методическом документе использованы следующие обозначения:

b - отверстие водопропускного сооружения; ширина водослива, м;

Ь_к - средняя ширина потока в сечении с критической глубиной, м;

Ь_лн - ширина сечения по дну, м;

И - ширина потока поверху в нестесненном состоянии, м;

Як - то же при критической глубине, м;

С - коэффициент Шези. м°"/с;

D - диаметр круглой трубы в свету, м;

g - ускорение свободного падения, равное 9,8 м/с2;

Н - подпертая глубина относительно нижней точки входного сечения трубы или моста, м;

Но - напор перед сооружением с учетом скорости подхода потока, м;

Нмшс - высота насыпи, м;

И, Лнб, Л_с, h_K, - глубины воды соответственно в произвольном сечении, в нижнем бьефе, в сжатом сечении, критическая и нормальная, м;

Л_вч, Л_Вы\ - соответственно глубины воды на входе и выходе из трубы, моста, м;

ДЛ, ДЛ„,ь Д//пи\ - глубины размыва соответственно в произвольной точке, предельная, максимальная за данный период времени, м,

Л, - высота трубы, м;

Л /г, /», /л - уклоны соответственно гидравлический (или уклон дна), трения, сооружения и лога;

К и Ко - соответственно расходная характеристика русла в общем случае и при нормальной глубине, мЗ/с;

5

ОДМ 218 2 082-2017 L - полная длина сооружения вдоль потока; длина укрепления, м;

/- длина вдоль потока; расстояние между сечениями, м;

т - коэффициент расхода;

/я,,, - коэффициент заложения откоса;

п - число; коэффициент шероховатости;

Р - коэффициент размыва.

Q - расход. мЗ/с;

С?соор(р) - то же расход в сооружении с учетом аккумуляции, мЗ/с; q - удельный расход, м2/с;

R - гидравлический радиус, м; г - радиус, м;

/о - эталонное время размыва, с; и - скорость потока в сечении, м/с;

W- объем; объем стока за время паводка, м3,

а - коэффициент кинетической энергии (Кориолиса); для мостов и труб принят

1,1;

ctp - угол раструбности оголовка (угол между осью трубы и стенкой оголовка); о - относительное подтопление,

Ф - коэффициент скорости,

Х~ смоченный периметр, м;

о) - площадь поперечного сечения сооружения или потока, м².

ОДМ 218 2 082-2017

4 Общие положения

4.1    Настоящий ОДМ рекомендуется применять при проектировании нового строительства, реконструкции и ремонта малых водопропускных сооружений на федеральных автомобильных дорогах общего пользования

4.2    Результатом гидравлических расчетов малых водопропускных сооружений должен быть такой выбор водопропускного тракта, реализация которого обеспечивает выполнение требований Технический регламент Таможенного союза ТР ТС 014/2011 «Безопасность автомобильных дорог», включая требования СП 35.13330.2011 «Мосты и трубы».

4.3    Для водопропускных труб следует предусматривать безнапорный режим работы 5 Классификация малых водопропускных сооружений на федеральных

автомобильных дорогах общего пользования

5.1 По конструкции и компоновке в земляном полотне малые ИССО делятся на:

5.11 водопропускные трубы;

5.1.2    малые мосты.

Водопропускные трубы являются наиболее распространенным типом малых водопропускных сооружений. Ниже представлена классификация водопропускных труб.

5.2    По условиям гидравлической работы:

5.2.1    Равнинные трубы;

5.2.2    Косогорные трубы.

5.3    По характеру шероховатости внутренней поверхности:

5.3.1    Гладкие (бетонные, железобетонные, чугунные и т.п.);

5.3.2    Гофрированные (металлические, пластиковые и т.п ).

5.4    По влиянию длины трубы на пропускную способность:

5.4.1    «Короткие» в гидравлическом отношении;

5.4.2    «Длинные» в гидравлическом отношении.

5.5    По влиянию глубины воды в нижнем бьефе различаются трубы

5.5.1    Незатопленные с нижнего бьефа;

5.5.2    Затопленные с нижнего бьефа.

5.6    По режиму протекания потока в трубе:

5.6.1    Безнапорные;

5.6.2    Полунапорные;

5.6.3    Напорные.

6 Гидравлические расчеты равнинных труб.

В качестве исходных данных для гидравлических используются следующие данные.

7

ОДМ 218 2 082-2017

получаемые в процессе гидрологических изыскании:

-    расчетный расход с вероятностью превышения 1%;

-    объем стока;

-    топографический план бассейна водосбора;

-    продольный профиль автодороги;

-    поперечные профили автодороги по линиям водоразделов рассматриваемого бассейна;

-    информация о наличии существующих водопропускных сооружений на рассматриваемом водотоке;

-    информация о расположенный в непосредственной близости существующих автодорог и железнодорожных линий.

6.1    Порядок расчета железобетонных труб:

6.1.1    При отсутствии соответствующих данных в отчете о гидрологических изысканиях, необходимо выполнить перерасчет расхода с учетом аккумуляции. Расчет выполняется следующим образом:

Расчетная зависимость расхода, поступающего в сооружение от подпора перед трубой представлена следующим образом.

(1)

где

<?„р - расход принятой вероятности превышения, мЗ/с;

W - объем стока для гидрографа с наибольшим расходом, м3;

1\ - уклон лога перед сооружением, %;

1'_с - уклон склонов перед сооружением, %;

к₀ - коэффициент, зависящий от очертания пруда в плане, продольного и поперечного профиля по логу, определяется по табл. А.1.

Расчет аккумуляции выполняется графически в системе координат О, /Г, где шкала О строится по оси абсцисс, а шкала Н^у - по оси ординат. При этом на оси ординат дается совмещенная с Н^ъ шкала Н. Указанная зависимость строится по 2 точкам в виде прямой линии: определяются координаты точек пересечения с осями координат при Я³ = 0 и при

Строится зависимость О, /(Н) согласно характеристикам, указанным в типовом проекте.

Точка пересечения графиков функций даст значения расхода (на оси абсцисс) и соответствующего ему подпора (пример В.2).

О ДМ 218 2 082-2017

6 1.2 Предварительно назначается отверстие трубы по действующему типовому проекту с учетом требований СП 35.13330.2011 о минимальном отверстии трубы.

6.1.3 Проверяется условие безнапорного режима, в зависимости от типа входного оголовка:

а)    для всех типов оголовков, кроме воротниковых и коридорных, затопление происходит при Н Л, = 1,1;

б)    для оголовков воротникового типа затопление происходит при Н Л, = 1,2;

в)    для оголовков коридорного типа затопление происходит при Н /;, = 1,3,

где

Н - подпор перед трубой, предварительно принимаемый по типовому проекту м;

Л, - высота трубы по внутренней поверхности, м.

1 , 1 ^ /// /// /// 0/ /// WW яг, У/\ я; ягягя; /я я/ я? я/ L\ V/ /// /// /// J

Рисунок / ('хема п/ютскапия воды а трубе при безнапорном режиме

6.1.4    При невыполнении условия безнапорного протекания отверстие трубы увеличивается

6.1.5    Определяется тип трубы в гидравлическом отношении:

Для определения типа трубы в гидравлическом отношении необходимо определить критический уклон:

= ^Q2 = ^9Xk ^ 0)\ClR_k aC£b_k

где Q - расчетный расход потока, м³/с;

со_к- площадь живого сечения потока (м‘) при критической глубине Л*, м; bk - ширина потока поверху, м;

Rk - гидравлический радиус сечения потока, м; g - ускорение свободного падения, м/с²; а коэффициент Кориолиса, принимаемый равным 1,1;

Хк - смоченный периметр сечения потока, м;

(\ - коэффициент Шези, определяемый по формуле Павловского:

9

ОДМ 218 2 082-2017

(3)

где

//- коэффициент шероховатости, равный для бетонной поверхности 0,015;

у = 2.5Vn - 0.13 - 0.75у/Щ(у/п - 0.1)

В случае, если уклон трубы больше критического уклона i, >/*р, то труба любой длины является «короткой» в гидравлическом отношении

Во всех остальных случаях труба считается «длинной» в гидравлическом отношении.

6.1.6 Определяется подпор перед трубой.

а) подпор перед гидравлически «короткой» трубой определяется по формуле:

(5)

где

т - коэффициент расхода при совершенном сжатии потока на входе, принимаемый по таблице 2 Приложения А;

Ь_к - средняя ширина потока в сечении с критической глубиной; для прямоугольных труб равна ширине трубы, для круглых - по графику рисунке Б. 1.

б) подпор перед гидравлически «длинной» трубой определяется по формуле:

(6)

где

//юр — подпор перед аналогичной «короткой» трубой, м.

6.1.7    По полученному значению подпора проверяется условие безнапорного режима протекания в соответствии с п. 6.1.3 настоящего алгоритма При невыполнении условия отверстие трубы увеличивается и расчет подпора повторяется.

6.1.8    Выполняются следующие проверки уровня подпора:

а)    возвышение бровки земляного полотна по продольному профилю трассы в границах бассейна водосбора: не менее чем на 0,5 м;

б)    отсутствие перелива воды в соседний бассейн - проверяется по поперечному профилю земляного полотна автодороги в местах водоразделов;

в)    при наличии вблизи мостов и труб инженерных сооружений, зданий и сельскохозяйственных угодий необходимо проверить их безопасность от подтопления вследствие подпора воды перед сооружением;

ю