Путевые работы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Анализ современного состояния затруднительного участка реки

1.1 Анализ русловых переформирований

2. Определение расчетных уровней и расходов воды

3. Генеральная схема улучшения судоходных условий

3.1 Расчет габаритных размеров выправительной трассы

4. Гидравлические расчеты

4.1 Расчет плана течений по методу М.А. Великанова

4.2 Расчет прорези на заносимость. Качественная и количественная оценки устойчивости прорези от заносимости наносами

5. Гидравлический и конструктивный расчет выправительных сооружений

5.1 Расчет запруды

5.1.1 Расчет бытового распределения расходов воды по рукавам

5.1.2 Расчет перепада уровней на запруде

5.1.3 Расчет отметки гребня запруды

5.1.4 Расчет элементов конструкции запруды

Заключение

Литература



1. Анализ современного состояния затруднительного участка реки

1.1 Анализ русловых переформирований

Для выполнения русловых переформирований производится совмещение планов затруднительного участка на кальке. Планы совмещаются по одноименным реперам. На этом плане отображаются только бровки берегов и островов, а также нулевые и проектные изобаты. При этом линии берегов, островов и изобаты предыдущего года проводятся красной тушью, а последующего - черной. По зоны намыва и размыва. Зоны намыва затушевываются в зеленый цвет, а размыва - серый. На совмещенном плане заметны незначительные размывы правой береговой линии, а остров совмещен на малую величину в правую сторону. В средней части участка реки гарантированные глубине немного размыты, а в некоторых местах выделяются намывы.



2. Определение расчетных уровней и расходов воды

В проекте предполагается расчет высоких сооружений (весеннего регулирования). Поэтому расчетными являются как проектный уровень, так и уровень, соответствующий руслоформирующему расходу, т. е. уровень при котором в реке проходит наибольший твердый сток и наблюдаются интенсивные деформации русла.

Величина руслоформирующего расхода вычисляется по способу Н. И. Маккавеева. Основная расчетная зависимость имеет вид:

,

Где:

Q - расход воды в реке, м³/с;

- повторяемость наблюдения данного расхода, %;

I - продольный уклон свободной поверхности воды.

Алгоритм определения по способу Н. И. Маккавеева следующий:

1. По графику колебания уровней воды:

Н = f * (t)

Для года средней водности находят экстремальные навигационные уровни.

Затем до кривой связи расходов и уровней воды:

Q = f * (H)

Определяют амплитуду колебания расходов за период навигации:



м.

2. Амплитуду расходов разбивают на равные интервалы таким образом, что количество интервалов было равно 10-15. Для границ интервалов по кривой:

Q = f * (H)

Определяют соответствующие уровни.

3. По графику:

H = f * (t)

Находят обеспеченность p уровней границ интервалов и рассчитывают повторяемость в процентах от периода навигации (Т_нав).

4. Для каждого интервала рассчитывают средние значения расходов Q_ср и уровней воды Н_ср, определяют соответствующие уклоны свободной поверхности воды по кривой зависимости уклонов от уровней:

I = f * (H)

И вычисляют величины .

Таблица 1 - К определению руслоформирующего расхода воды:

граница интервала	обеспеченность P, сут	середина интервала	повторяемость	IДP,%
Q, м3/с	H, м		Qср, м3/с	Hср, м	сут	%
7800	5,9	0	7375	5,7	13	6,47	351907,34
6950	5,5	13	6575	5,3	4	1,99	86028,94
6200	5,1	17	5800	4,9	18	8,96	301414,4
5400	4,7	35	5050	4,5	13	6,47	165001,18
4700	4,3	48	4375	4,1	9	4,48	85750,00
4050	3,9	57	3750	3,7	16	7,96	111937,5
3450	3,5	73	3200	3,3	4	1,99	20377,6
2950	3,1	77	2725	2,9	3	1,49	11064,18
2500	2,7	80	2275	2,5	5	2,49	12887,31
2050	2,3	85	1875	2,1	5	2,49	8753,91
1700	1,9	90	1525	1,7	53	26,37	61326,73
1350	1,5	143	1225	1,3	58	28,86	43308,04
1100	1,1	201			201	100,00

По данным таблицы 1 строится кривая:

По которой на находят максимум и соответствующий ему руслоформирующий расход Q_рф=7375 м³/с.

По кривой:

Q = f * (H)

Находят уровень руслоформирующего расхода Н_рф=5,7 м и вычисляют срезку глубин

Где:

- отметка проектного уровня, по заданию п. 3, 2,7 м.

м



3. Генеральная схема улучшения судоходных условий

Схема коренного улучшения судоходных условий разрабатывается согласно существующим правилам. При этом учитываются положение судового хода и общая направленность судовых процессов на участке. По судовому ходу намечены 3 прорези.

3.1 Расчет габаритных размеров выправительной трассы

Все элементы выправительной трассы рассчитываются при проектном уровне.

Ширина выправительной трассы определяется гидравлико-морфологическим способом, предложенным К. В. Гришаниным. Для параболической формы поперечного сечения, характерной для слабоизвилистых устойчивых участков естественных русел рек, предложена формула:

м.

Где:

В_б - бытовая ширина русла;

Т_сх.ф - глубина судового хода фактическая;

Т_г - гарантированная глубина.

Для определения В_б и Т_б строят расчетное сечение, предварительно проведя его на плане участка реки по гребню переката в однорукавном русле.

Радиус кривизны выправительной трассы принимается равным радиусу кривизны устойчивых излучин речного русла и вычисляется по формуле Н. И Маккавеева:



м.

Где:

Q_рф =7375 - руслоформирующий расход, м³/с;

I=0,001 - уклон свободной поверхности (при руслоформирующем расходе).



4. Гидравлические расчеты

4.1 Расчет плана течений по методу М.А. Великанова

Расчет и построение плана течений выполняется в последовательности приведенной ниже.

1. На плане переката последнего года намечаются поперечные сечения, располагаемые по возможности нормально течению, на подходе к перекату, в наиболее глубокой части верхней плесовой лощины, на выходе из переката, в нижней плесовой лощине, в начале и конце прорези и 4-5 сечений в ее пределах с учетом изменения рельефа дна;

2. По каждому из выполненных сечений строятся поперечные профили с учетом наличия прорези и отвала грунта, наносится расчетный уровень воды, превышающий проектный на величину срезки.

3. По кривой расходов:

Q = f * (Н)

Зная расчетный расход воды Q_р=7375 м³/с, определяется расчетный уровень Н_р.

4. Поперечный профиль с нанесенной на него прорезью и отвалом разбивается на ряд участков по ширине с учетом рельефа дна (в точках перелома поперечного профиля), после чего определяется:

- ширина каждого участка ?В, м;

- его средняя глубина Т_ср , м. Все значения определяется величина:



После этого определяется по каждому участку ?Q_i, а затем - ?Q_i. В конце последней строки записанное значение ??Q должно быть равно Q_p или максимально близко к нему по значению.

5. По полученным в таблице, расположенной ниже поперечного профиля, значениям ?Q_i над поперечным профилем строится интегральная кривая расходов. Для этого на вертикальной оси откладывается в определенном масштабе Q_p.

6. Задавшись числом равнорасходных струй m = 5. Разбиваем на это число значение расхода Q_p, и сносим границы струй сначала по горизонтали на интегральную кривую расхода, а с нее по вертикалям - на расчетный и проектный уровни воды. Точки пересечения вертикалей с проектным уровнем дают границы струй. Эти точки переносятся на соответствующий поперечник на плане. Такие расчеты и графические построения повторяются для всех поперечников.

7. Полученные на плане точки, соответствующие границам струй, соединяются плавными линиями, все струи затушевываются в разные цвета.

4.2 Расчет прорези на заносимость. Качественная и количественная оценки устойчивости прорези от заносимости наносами

Судоходная прорезь может оказаться размещенной в пределах одной или нескольких струй.

Определение устойчивости прорези требует проведения ряда расчетных действий для каждой из струй, проходящих по прорези, по всем сечениям.

1. Определяется величина не размывающей скорости V_нр по формуле В.Н. Гончарова:

V_нр = 3,9·(d_ср + 0,0014)^0,3·(??·Т_стр)^0,2

Где:

d_ср=1 мм=0,001 м - средний диаметр частиц грунта в пределах струй по кривой гранулометрического состава;

ц = 0,5 - коэффициент неоднородности грунта, изменяющийся для равнинных рек с песчаным ложем в пределах 0,3 - 0,6;

Т_стр - средняя глубина струи, м.

Т_стр =

Где: щ_стр - площадь струи в поперечном сечении, располагающаяся между границами струи, дном и расчетным уровнем воды, м²;

b_стр - ширина струи, м.

2. Определяется величина размывающей скорости:

V_р = 1,3 * V_нр, м/с

3. Вычисляется средняя скорость струи V_стр.

V_стр = ,

Где:

Q_р/m, м³/с



Q_р - расчетный расход, определяемый по расчетному уровню воды с помощью кривой расхода:

Q = f * (Н) м³/с

m =5 - количество струй на плане течений.

После определения всех указанных величин для каждой струи, проходящей через прорезь, строятся графики изменения значений не размывающей, размывающей и средней скорости струи по длине прорези. На основании сопоставления величин V_нр, V_р и V_стр, и характера их изменения, можно выполнить предварительную качественную оценку устойчивости прорези от заносимости речными наносами.

В случае, если кривая V_стр располагается выше кривой V_нр , то можно утверждать, что в прорези происходят деформации дна. Причем, при возрастании скорости от одного сечения к другому, т.е. при dl > 0, на рассматриваемом участке происходит размыв дна и, наоборот, при падении скорости между двумя смежными сечениями (dl < 0) происходит намыв дна. В случае, если V_стр < V_нр, то можно говорить об отсутствии каких-либо деформаций, но поскольку с верхних участков русла поступают взвешенные и влекущие наносы, то они, попадая в зону низких скоростей, откладываются, т.е. прорезь будет неустойчивой.

Для количественной оценки устойчивости прорези необходимо вычислить начальные скорости деформаций дна переката для каждой струи, проходящей по прорези, соблюдая нижеприведенный порядок расчета.

1. В каждом сечении струи вычисляется значение расхода влекущих наносов по формуле:

Q_тi = 0,015·.



2. Определяется приращение расхода влекущих наносов на каждом участке между двумя смежными сечениями:

?Q_тi = Q_тi - Q_тi+1

Где:

i - номер граничного сечения по длине прорези (по течению).

3. Основываясь на уравнении деформации, рассчитывается начальная скорость деформации между смежными сечениями:

о_нач = , м/сут

Где:

86400 - число секунд в сутках;

е=0,34 - коэффициент пористости грунта (для песка изменяется в пределах 0,33-0,35);

Щ = В_ср·L_стр

Где:

Щ - площадь струи между сечениями в плане, м²;

В_ср - средняя ширина струи на участке между сечениями, м;

L_cтр- расстояние между поперечными сечениями, м;

В_ср =

Где:

В₁ - ширина струи в верхнем сечении, м;

В₂ - то же, в нижнем сечении.

Необходимо обратить внимание, что величина начальной скорости деформации о_нач получает тот же знак, что и величина ?Q_Т, т.е. положительным значениям отвечает деформация намыва, а отрицательным - размыва. В случае, если V_стр ? V_нр, то Q_Т = 0. После выполнения расчетов, результаты которых сводятся в таблицу 2, по всем расчетным участкам между сечениями для каждой струи, располагающейся в пределах прорези, строится график изменения скорости начальных деформаций.

Таблица 2 - Таблица гидравлических элементов потока и вычисления начальных скоростей деформации дна:



5. Гидравлический и конструктивный расчет выправительных сооружений

5.1 Расчет запруды

5.1.1 Расчет бытового распределения расходов воды по рукавам

Расчет бытового распределения расходов воды по рукавам выполняется при уровне руслоформирующего расхода в следующем порядке.

Намечаются расчетные сечения, верхнее из которых расположено выше фактического деления русла на рукава, а нижнее - ниже. Ориентируясь рельефом дна, делим эти сечения на две части, одну из них считаем сечением левого рукава, другую - правого.

Так же сечения обязательно назначаются на судоходной трассе и в створе запруды.

На миллиметровке строятся поперечные профили расчетных сечений. По поперечным профилям для бытового наполнения при расчетном уровне подсчитываются площади живых сечений , ширины поверху В и заносятся в таблицу 3.

Расчетные формулы:

Средняя глубина на участке:

Модуль расхода:



Где:

п - коэффициент шероховатости (см. задание на проект).

Модуль сопротивления:

После определения суммарных модулей сопротивления по каждому рукаву вычисляется бытовое распределение расходов воды по рукавам:

Где:

Q_р - расчетный расход в русле, м³/с;

F_л=УДF по левому рукаву, F_пр соответственно УДF по правому рукаву.

с/м;

с/м.

Q_л.б., Q_пр.б, Q_р - расходы в левом, правом рукавах и по всему руслу в бытовом состоянии.

.

Имея бытовое распределение расходов воды по рукавам, вычисляются падения уровней на каждом расчетном участке ДZ и бытовые отметки в расчетных сечениях Z по формулам:



Где:

Q_б - бытовой расход на расчетном участке;

Z_i=10 - отметка уровня в нижнем сечении расчетного участка.

Таблица 3 - К расчету распределения расходов воды по рукавам:

5.1.2 Расчет перепада уровней на запруде

При уровне руслоформирующего расхода определяется проектный расход в судоходном рукаве из условия создания расчетных скоростей на гребне переката по формуле:



, м/с

Где:

К= 1,4 - коэффициент запаса, учитывающий увеличение площади сечения в результате размыва и возрастания размывающей скорости вследствие явления самоотмостки;

_св = 3182 м²- площадь поперечного сечения по гребню переката;

- размывающая скорость, определяемая по формуле В.Н. Гончарова.

м/с

Где:

=0,8 - коэффициент неоднородности грунта;

Т =2,5 м - расчетная глубина;

d =0,001м - средняя крупность грунта.

Проектный расход в несудоходном рукаве рассчитывается по формуле:

м³/с

Величина необходимого перепада уровней на запруде определяется путем расчета отметок свободной поверхности методом В.В. Павловского. Этот метод основан на построении кривых зависимости .

Где:

?F - модуль сопротивления участка реки при данном уровне,

z_ср - средняя отметка свободной поверхности участка реки при данном уровне.

Для построения кривых необходим иметь, как минимум ,три пары значений ?F и z_ср при трех уровнях свободной поверхности. Одна пара значений есть из расчета бытового распределения расхода воды по рукавам (таблицу 4). Два других значения назначаем на расстоянии дZ=0,5м. выше и ниже бытовой поверхности. Вычисляются площади живых сечений для каждого наполнения русла и соответствующие им отметки свободной поверхности. Расчет ведется в табличной форме (таблицу 4).

По данным z_ср иF из таблицы 4 строятся кривые:

F = f * (z_ср)

Для каждого расчетного участка и отдельно для каждого рукава, по которым методом Павловского определяются отметки во всех расчетных сечениях, в том числе и в ВБ и в НБ запруды. Для этого необходимо рассчитать и :

Где:

a - величина в единице длины горизонтальной оси;

b - величина Z в единице длины вертикальной оси.

.

?Z



Таблица 4 - Расчет перепада уровней на запруде:

5.1.3 Расчет отметки гребня запруды

Для того, чтобы запруда обеспечивала необходимое распределение расходов воды в рукавах, нужно рассчитать отметку ее гребня.

Предварительно намечают конструкцию запруд. В курсовом принимаем трапецеидальный профиль запруды с шириной по гребню b_гр=5м и заложением верхового откоса m_в=6, а низового m_н=8. Такая запруда будет изготавливаться из намывного грунта. С гидравлической точки зрения запруда при пропуске меженных расходов работает как водослив с широким порогом. Расход воды через такой водослив определяется по формуле:

Где:

у_п - коэффициент подтопления, зависящей от статистического напора Н и величины подтопления h_п;

m - коэффициент расхода, зависящий от ;

b=0,7В - расчетная длина водослива, b=0,7•630=441 м;

В =630 м - ширина русла в створе запруды при расчетном уровне;

- полный напор на водослив;

- средняя скорость воды в верхнем бьефе запруды,

м/с

Где: - площадь сечения в створе запруды при уровне верхнего бьефа; Н - статический напор на водослив.

Отметка гребня запруды находится как:



Таблица 5 - Определение отметки гребня водослива:

Р	2	4	6
Н	8,09	6,09	4,09
h	8,07	6,07	4,07
P/H	0,25	0,66	1,47
h/H	1,00	1,00	1,00
уп	0,4	0,4	0,4
mр	0,3820	0,3800	0,3767
H0	8,23	6,23	4,23
Qз	6868,1	4462,3	2434,6
Zг	2,00	4,00	6,00

По данным таблицы 5 строится график:

Q_з = f * (Z_гр)

На графике откладываем значение:

Q^пр_нсх=4773,4 м³/с.

Ему соответствует значение z_гр= 3,75м.

5.1.4 Расчет элементов конструкции запруды

Крупность камня крепления гребня и откосов запруды рассчитывается из условия воздействие течения. За расчетную скорость принимаем скорость на гребне запруды:

м/с

Диаметр камня определяется по формуле:



Где:

_к=2,65 - относительный удельный вес камня;

К =1,2 - коэффициент, принимаемый для наброски;

=2,89 м/с - расчетная скорость.

Толщина крепления t_кр принимаем 2,5dк, но из условий производства работ принимаем не менее 0,3м.

t_кр=2,5•0,18=0,45 м

Длина крепления дна в нижнем бьефе принимаем в зависимости от режима сопряжения потока, сходящего с гребня запруды, с потоком в нижнем бьефе. Режим сопряжения может быть донным и поверхностным.

Для определения режима необходимо рассчитать:

- удельный расход на гребне запруды:

- относительная глубина подтопления:

:

Определяем режим сопряжения на спаде и на подъеме уровней.

В данном случае режим поверхностный как на спаде так и на подъеме уровней, поэтому длина крепления составит:



Lкр=3 * Р

Где:

Р - высота запруды, м.

Lкр=18,93 м



Заключение

Отличительная черта перспективных работ по увеличению габаритных размеров пути - учет того, что за последние годы в результате проведения землечерпательных работ на некоторых реках, особенно в верхнем их течении, практически достигнуты глубины, предельно возможные по гидравлическим условиям потока. Помимо этого, на ряде участков рек в связи с интенсивным землечерпанием и забором из русла реки гравия и песка для строительных нужд, значительно снизился меженный уровень воды, что повлекло за собой уменьшение глубин у причалов портов и в районе подводных переходов, серьезно осложнилась работа водозаборных сооружений, а также ряда других ГТС.

Эти обстоятельства заставляют выполнение работ по коренному улучшению судоходных условий, на каком - либо участке реки вести только на основе проектов, в которых должны быть детально проработаны возможные последствия выполнения тех или иных мероприятий. Осуществлять такие работы следует лишь в том случае, если очевидна экономическая эффективность увеличения пропускной способности пути с учетом затрат на проведение мероприятий, предупреждающих снижение меженных уровней воды.



Литература

река русловый гидравлический

1. Герус Т.И., Жук А.Ю., Ухов Г.А., Михайлова Т.Н. Методические указания для выполнения курсового проекта по дисциплинеВодные пути, путевые работы и технический флот» студентами гидротехнического факультета. ЧастьII. Выправительные работы. НГАВТ 2003г.

2. Зернов С.Я., Жук А.Ю., Пронин В.И., Хмелёв В.А., Методические указания для выполнения курсового проекта по дисциплине «Водные пути, путевые работы и технический флот». Часть I. Дноуглубительные работы и навигационное оборудование внутренних водных путей./ С.Я. Зернов, А.Ю. Жук, В.И. Пронин, В.А. Хмелёв - Новосибирск: НГАВТ, 2003. - 50 с.

Размещено на Allbest.ru