1. Подсчитывается расход потока по формуле
Qср = q · F · ψ · η,
где q - интенсивность расчетного дождя, л/с на 1 га территории; F - площадь бассейна, га; ψ - коэффициент стока; η - коэффициент, учитывающий неравномерность выпадения дождя.
2. По величине расхода и уклона лотка проезжей части подсчитывают расходную характеристику расчетного сечения потока K.
3. Значение расходной характеристики Kф откладывают на оси абсцисс графика рисунка и графически находят фактическую глубину потока hф, соответствующую расходу Qф.
4. Из точки пересечения горизонтальной линии, проведенной на уровне hф, с кривой W находим по графику значение скоростной характеристики потока Wф, а затем подсчитываем и фактическую скорость потока:
Рис. 5. Схема к расчету лотка проезжей части
Рис. 6. Расходная и скоростная характеристики потока
Vфакт = Wфакт ·
где J - уклон лотка.
Графики расходной и скоростной характеристик строятся для различных поперечных сечений водоотводных сооружений (рис. 7).
Для построения кривых расходной и скоростной характеристик используются следующие зависимости (рис. 8):
площадь поперечного сечения потока:
смоченный периметр:
гидравлический радиус:
при m1 = m2 = m.
Зная гидравлический радиус, легко вычислить K и W:
На основе расчета скорости протекания потока в водоотводном сооружении решается вопрос об его укреплении. Допустимые скорости течения воды указаны в табл. 1.
4. РАЗМЕЩЕНИЕ ДОЖДЕПРИЕМНЫХ КОЛОДЦЕВ
Водоприемные колодцы предназначены для приема поверхностных вод, стекающих с территории кварталов и улиц. Для приема воды на колодцах установлены водоприемные решетки. Водоприемные колодцы помещаются на улицах и площадях: а) в пониженных местах, не имеющих стока; б) на перекрестках улиц в лотках проезжей части; в) у въездов и выездов в кварталы и микрорайоны; г) в лотках проезжей части между перекрестками. В этом случае расстояние между колодцами назначается по нормам (от 50 до 80 м, в зависимости от уклона) или определяется расчетом. Первый водоприемный колодец устанавливается от водораздельной линии на удалении 50 ... 200 м. Расстояние между дождеприемными колодцами легко определить на основании гидравлического расчета лотка проезжей части. Размещение колодцев на перекрестках показано на рис. 9; основная цель - обеспечить удобство пешеходам при переходе улиц и отвести воду из лотков проезжей части.
Рис. 7. Поперечное сечение кюветов
Рис. 8. Схема к расчету гидравлического радиуса потока
Рис. 9. Схемы размещения водоприемных колодцев на перекрестках улиц
Таблица 1
Значения средней неразмывающей скорости потока Vнр (м/с) при глубине потока h (м)
|
Показатель |
Значения Vнр при h |
|||
|
|
0,5 |
1 |
3 |
5 |
|
Для неоднородных несвязных грунтов |
||||
|
Средний диаметр частиц грунта dср, мм |
|
|
|
|
|
0,1 |
0,36 |
0,43 |
0,56 |
0,64 |
|
0,3 |
0,39 |
0,47 |
0,62 |
0,70 |
|
0,5 |
0,45 |
0,54 |
0,71 |
0,81 |
|
1,0 |
0,54 |
0,64 |
0,84 |
0,96 |
|
2,0 |
0,64 |
0,76 |
1,00 |
1,14 |
|
3,0 |
0,71 |
0,84 |
1,10 |
1,25 |
|
Для связных грунтов (при содержании легкорастворимых солей менее 0,2 % массы плотного остатка абсолютно сухого грунта) |
||||
|
Удельное сцепление 105 Па (кГс/см2) |
|
|
|
|
|
0,005 |
0,39 |
0,43 |
0,49 |
0,52 |
|
0,010 |
0,44 |
0,48 |
0,55 |
0,58 |
|
0,050 |
0,71 |
0,77 |
0,89 |
0,98 |
|
0,125 |
1,03 |
1,13 |
1,30 |
1,37 |
|
0,250 |
1,42 |
1,55 |
1,78 |
1,88 |
|
0,400 |
1,79 |
1,96 |
2,25 |
2,38 |
|
0,600 |
2,16 |
2,38 |
2,72 |
2,88 |
|
Для скальных (осадочных и изверженных) грунтов |
||||
|
Временное сопротивление грунта сжатию 105 Па (кГс/см2) |
|
|
|
|
|
1000 |
8,9 |
10,9 |
14,1 |
15,5 |
|
500 |
6,3 |
7,7 |
10,0 |
11,0 |
|
200 |
4,0 |
4,9 |
6,3 |
6,9 |
|
100 |
3,0 |
3,6 |
4,8 |
5,2 |
|
50 |
2,2 |
2,7 |
3,6 |
3,9 |
|
25 |
1,7 |
2,1 |
2,7 |
3,0 |
|
Для закрепленных русел |
||||
|
Бетонная облицовка при бетоне марки (по прочности на сжатие) |
|
|
|
|
|
М100 |
12,5 |
13,8 |
16,0 |
17,0 |
|
М150 |
14,0 |
15,6 |
18,0 |
19,1 |
|
М200 |
15,6 |
17,3 |
20,0 |
21,2 |
|
М300 |
19,2 |
21,2 |
24,6 |
26,1 |
|
Двойное мощение на слое щебня при крупности камней, см |
|
|
|
|
|
15 - 20 |
3,0 |
3,5 |
4,3 |
4,7 |
|
20 - 30 |
3,1 |
3,7 |
4,7 |
5,1 |
|
Одерновка плашмя |
1,0 |
1,25 |
1,5 |
1,5 |
Пропускная способность одной горизонтальной водоприемной решетки определяется из выражений:
1. При напоре воды
2. При напоре
где H0 = Н + - полный напор; H - глубина потока воды на подходе к решетке, м; V - скорость течения воды, м/с; W - площадь всех отверстий решетки, м2; l - длина водосливного фронта, м (равна периметру решетки, а при примыкании решетки одной стороной к борту люка - сумме длин трех ее сторон).
Для полного использования пропускной способности решеток целесообразно с низовой стороны колодца устраивать обратный уклон на участке длиной 1,5 м.
Протяжение веток от водоприемного колодца до коллектора обычно не должно превышать 40 м. Уклон веток должен быть не менее 0,005. Рекомендуемый уклон - 0,02 ... 0,03. Диаметр веток в зависимости от обслуживаемой площади принимается 200 ... 300 мм. Глубина заложения колодца зависит от глубины заложения коллектора водосточной сети, но не менее глубины промерзания. В центральных районах СССР глубина заложения водоприемных коллекторов чаще всего находится в пределах 1,5 ... 1,8 м.
В случае нулевого продольного уклона (или очень малого - менее 0,004) приходится на поверхности проезжей части устраивать пилообразный продольный профиль в лотках.
5. ПРОДОЛЬНЫЙ ПРОФИЛЬ КОЛЛЕКТОРА
Продольный профиль коллектора устанавливает положение коллектора в вертикальной плоскости (т.е. высотное положение), отметки лотка и шелыги трубы (шелыга - верхняя часть трубы, лоток - нижняя часть), глубину заложения трубы и продольный уклон для каждого расчетного участка. Наименьшая глубина заложения принимается по местным условиям. Рекомендуется закладывать в начальных точках водосточной сети лоток коллектора при его диаметре до 500 мм на 0,3 м ниже наибольшей глубины промерзания грунта, а при диаметре коллектора более 500 мм - соответственно на 0,5 м ниже глубины промерзания. Нормальная глубина заложения водосточных коллекторов 2 ... 3 м, предельная (при открытом способе производства работ) - 5 ... 6 м. Во всех случаях от поверхности земли до верха трубы должно быть не менее 0,7 м.
Расчет движения воды в коллекторе и проверку достаточности продольного уклона или диаметра трубы можно выполнить следующим образом.
5.1. Гидравлический расчет движения воды в коллекторе
Уличные коллекторы, как правило, имеют круглое поперечное сечение. Вода в них протекает с одинаковой скоростью при одинаковых условиях: площади поперечного сечения, продольном уклоне и т.д. Так как водосточные коллекторы изготавливают из достаточно прочного материала (бетон, железобетон), то скорость протекания воды в них является определяющим фактором. Для коллекторов имеет значение наполнение их или колодцев (смотровых).
Рассмотрим движение воды в коллекторе. Так как поперечное сечение коллектора круглое, то при полном его заполнении водой гидравлический радиус потока
где ω - площадь поперечного сечения коллектора, d - диаметр коллектора; χ - смоченный периметр, χ = 2 · π · R.
Независимо от материала, из которого изготовлен коллектор, через некоторое время после начала его эксплуатации стенки коллектора покрываются слизью. Поэтому коэффициент гидравлической шероховатости стенок всех труб можно принять равным примерно 0,014.
При равномерном течении воды её скорость определяют по формуле Шези:
где С - коэффициент в формуле Шези,
R - гидравлический радиус,
J - уклон потока.
Значения коэффициента C зависят от условий протекания потока. Для труб широко используется формула Маннинга:
где n - коэффициент гидравлической шероховатости стенок русла. Подставляя формулу Маннинга в выражение для скорости потока, получаем:
Расход потока Q = ω · V =
Обычно все множители, кроме продольного уклона потока, в этих выражениях объединяют и называют:
для скорости:
- скоростная характеристика потока,
для расхода:
- расходная характеристика потока.
Подставив в эти выражения величину коэффициента гидравлической шероховатости стенок трубы коллектора (для периода эксплуатации), приводим выражения для скоростной и расходной характеристик потока в коллекторе к виду:
Возможны два случая расчета коллектора:
1) коллектор заполнен частично и работает без напора;
2) коллектор заполнен целиком, уровень воды в смотровых колодцах поднят выше трубы коллектора, т.е. коллектор работает под напором.
Расчетная схема показана на рис. 10.
Рис. 10. Схема к расчету водосточного коллектора
На схеме обозначены:
Jкол - уклон коллектора; Jфакт - фактический уклон потока в коллекторе (для второго случая расчета).
Граничным состоянием между первым и вторым случаями расчета коллектора является случай полного заполнения трубы коллектора (но чтобы вода в смотровых колодцах не поднялась выше трубы). Расход потока, соответствующий этому случаю наполнения, называется напорным.
Таким образом, Если фактический расход потока меньше предельного (Qф < Qнап), то глубина потока h меньше диаметра трубы d и коллектор работает без напора. В противном случае Qфакт > Qнап, т.е. Qфакт > Тогда глубина потока в коллекторе равна диаметру (h = d) и фактический уклон потока будет больше уклона коллектора:
Jфакт > Jкол.
Величина фактического уклона потока может быть определена из выражения
Если пьезометрическая линия, соединяющая уровни воды в колодцах, будет выходить на поверхность улицы, то это приведет к её затоплению. В таком случае необходимо либо понизить коллектор (если это возможно), либо увеличить диаметр коллектора, величина которого очень сильно влияет на пьезометрический уклон.
6. СМОТРОВЫЕ КОЛОДЦЫ
Размещаются смотровые колодцы на водосточной сети в местах изменения направления уклона и диаметра коллекторов, а также в местах присоединения боковых коллекторов и веток дождеприемных колодцев. На прямых участках смотровые колодцы размещаются в зависимости от диаметра коллектора.
Диаметр водостока, м Расстояние между колодцами, м
0,3 50 - 60
0,4 - 0,6 60 - 70
0,7 - 1,0 60 - 80
1,2 - 1,5 70 - 100
Более 1,5 80 - 130
Смотровые колодцы обычно устраивают по типовым чертежам.
При значительных продольных уклонах местности на трассе коллектора устраиваются быстротоки, водобойные колодцы или применяются чугунные или стальные трубы.
7. ВЫПУСКИ ВОДОСТОЧНОЙ СЕТИ
По санитарным соображениям, выпуски водосточной сети желательно устраивать вне границ застройки города, ниже его по течению. Но это не всегда экономически выгодно. Устройство выпусков на территории города позволяет:
уменьшить площадь бассейнов (увеличивая их число);
соответственно уменьшить размеры основных коллекторов каждого бассейна;
