Страница 13: Руководство по проектированию, строительству и эксплуатации искусственных сооружений автомобильных дорог на водотоках с наледями (54273)

Рис. 1. Кривые обеспеченности сумм жидких осадков и продолжительности морозного периода на реке Д (питание ключевыми водами)

Таблица 2

Ординаты аппроксимирующих кривых обеспеченности суммы жидких осадков и продолжительности морозного периода на водотоке Д

ICE3

А, Б - КОЭФФИЦИЕНТЫ УРАВНЕНИЯ КРИВОЙ Y=1/(A*X+B) СУМ. Ж. ОСАД.

Е - ТОЧНОСТЬ - УСРЕДНЕННОЕ СРЕДНЕКВАДРАТИЧНОЕ ОТКЛОНЕНИЕ

А=9.60166Е-03                     В=2.38243Е-3                            Е=1.02441Е-03

А, В - КОЭФФИЦИЕНТЫ УРАВНЕНИЯ КРИВОЙ Y=1/(A*X+B) ПРОД. М. П.

Е - ТОЧНОСТЬ - УСРЕДНЕННОЕ СРЕДНЕКВАДРАТИЧНОЕ ОТКЛОНЕНИЕ

Из табл. 2 в год обследования наледи (1981) продолжительность морозного периода была 231 день с эмпирической вероятностью 0,192. В предыдущий год (1980) сумма жидких осадков за четыре летне-осенних месяца составляла 132 мм с эмпирической вероятностью 0,538.

Находим коэффициент  - отношение вероятности сумм жидких осадков к вероятности продолжительности морозного периода в год изысканий.

По формулам (15) и (32) находим расчетные вероятности сумм жидких осадков и продолжительности морозного периода:

По графику кривых обеспеченности (рис. 1) P(xp) и P(??p) находим xp=214 и p=232,4.

Определяем переходные коэффициенты:

Ключевая вода натекает на поверхность ледяного покрова из источника сверху. Стеснение живого сечения реки опорами моста на дебит наледеобразующей воды не влияет, поэтому коэффициент снесения не учитывается.

По формуле (29) определяем объем прогнозируемой наледи

VКНР=nVКНИkxk=1,2??7140??1,62??1,01=14050 м3.

Средняя расчетная толщина наледи на наледной поляне

м.

Максимальная толщина наледи

Zmax p=ZСР Р??=0,97??1,90=1,84 м,

где

ПРИЛОЖЕНИЕ 8

Пример расчета безналедного пропуска водотока с применением закрытого утепленного лотка

На расстоянии 70 м выше трубы всю зиму функционирует родник, создающий наледь. Для безналедного пропуска водотока у прямоугольной трубы проектируется закрытый утепленный лоток, который устанавливается при постройке трубы под ее нижней плитой (рис. 1). Во избежание заиливания лотка в нижней плите трубы делаются люки с крышками. Через них лоток можно очищать и промывать от наносов.

На подходе к трубе и ниже ее лоток заглублен в русле водотока, зимой закрывается утепленной крышкой из досок толщиной 4 см с прокладкой между ними пенопласта.

Расход водотока Q=0,01 м3/с, уклон I=0,005, температура источника tИ=+0,5°C. Средняя температура воздуха в наиболее холодный месяц (январь) tВОЗ=-24,6°С. Продолжительность морозного периода 4320 ч. Средняя температура воздуха за весь морозный период -17,3°. Температура грунта русла в январе на глубине заложения лотка составляет 0 °С.

Из конструктивных соображений принимаем: ширину лотка 0,5 м, глубину заложения лотка 1,0 м, толщину стенок 0,12 м. Для бетона лотка СТ=1,7 Вт/(м°С) и коэффициент температуропроводности а=0,0033 м/ч.

Гидравлическим расчетом установлено, что для принятой конструкции лотка высота слоя воды равна 0,05 м и смоченный периметр 0,6 м.

Определяем коэффициент теплопередачи kГ, термическое сопротивление R и теплопотери Ф для закрытого лотка:

R=1 : 1=1 : 30=0,033;

откуда kГ=1,92; Ф=kГb1tГ=1,92??0,6??0=0.

По формулам (51) и (50) определяем параметры S и М:

t=M+e-k(tИ-M);

O=M+e-0,045(0,5-М), откуда М=-12,25.

Определяем температуру воздушной прослойки между перекрытием и водой:

откуда tВОЗ= -13,2°С.

Определяем толщину теплоизоляции перекрытия. Крышку лотка в русле водотока делаем из двух слоев досок толщиной по 4 см с прокладкой между ними слоя пенопласта.

Коэффициент температуропроводности пенопласта а=0,00043 м2/ч.

Рис. 1. Безналедный пропуск водотока у прямоугольной трубы:

а - поперечный разрез трубы и лотка; б - конструкция утепленного лотка в русле водотока

1 - железобетонная прямоугольная труба; 2 - железобетонный лоток; 3 - снег; 4 - пенопласт; 5 - доски 4 см; 6 - укрепление русла; 7 - гравий с песком; 8 - местный грунт

Определяем коэффициент для пользования графиком на рис. 16:

а=0,00043720=0,31; m0=tПР:tВОЗ=13,2:24,6=0,535.

По графику на рис. 16 находим, что общая толщина теплоизоляции из дерева составляет 0,23 м. Но крышку лотка делаем из двух слоев досок по 4 см, а между ними укладываем прокладку из пенопласта. Необходимая толщина прокладки пенопласта будет

м.

Принимает толщину прокладки пенопласта равной 3 см. Кроме крышки, лоток утепляем снегом. Для этого осенью с наветренной стороны по водотоку устанавливаются снегозадерживающие щиты, а отверстия трубы с обеих сторон закрываются щитами из арматурного каркаса и полиэтиленовой пленки.

ПРИЛОЖЕНИЕ 9

Пример расчета двухтрубной охлаждающей установки для создания противоналедных мерзлотных поясов у искусственных сооружений

Охлаждающие установки проектируются двухтрубные, изогнутые с использованием в качестве теплоносителя керосина. Подземная часть установки имеет длину по горизонтали 6,0 м. Трубы имеют диаметры 80 и 110 мм. В земле верхняя труба залегает на глубине 60 см, нижняя на глубине 110 см и расположена на 25 см выше водоупора (рис. 1).

Холодопроизводительность установки определяется по экспериментально-теоретической формуле

Q=24tt[VK-VK(tКH-tKP)??]qk1k2,

где 24St?? - период работы охлаждающей установки зимой, °Сс; VK - объем керосина, м3; tКH - температура керосина при заполнении охлаждающей установки, °С; tКP - средняя пониженная температура керосина, характеризующая объем его в холодный расчетный период, °С; b - коэффициент объемного изменения керосина при охлаждении; Y - коэффициент, учитывающий изменения удельной поверхности охлаждения керосина в трубах по сравнению с опытной установкой; k1 - коэффициент, учитывающий влияние ветра, принимаем равным

где  - скорость ветра, м/с; q - вынос тепла одним метром кубическим керосина (Дж/(°Сс); k2 - коэффициент, учитывающий отношение объемов керосина в верхней, находящейся на .воздухе, к нижней, находящейся в грунте, установки

1. Период работы охлаждающей установки. Чтобы не допустить образование большой наледи у искусственного сооружения, мерзлотный пояс надо создать не позднее 15.XII. К этому времени вся толщина фильтрационного потока должна быть проморожена до водоупора. В районе сооружения мерзлотного пояса среднесуточные температуры бывают в октябре -11,4°С, ноябре -27,9 °С, декабре - 35,9 °С.

Период работы установки

24t=24(11,431+27,930+35,916)3600=1524787,2102, °Сс.

2. Определение объема керосина в охлаждающей установке. Объем керосина в охлаждающей установке определяется отдельно для части установки, находящейся в грунте VГ и для части, находящейся над землей УВ.

Задаемся диаметрами труб: тонкой dНОР=80 мм, dВН=75 мм; толстой DП110 мм, DВ=115 мм. Толщина стенок =5 мм.

Площадь циркуляционных отверстий труб:

тонкой м2;

толстой м2.

Рис. 1. Конструкция двухтрубной охлаждающей установки:

1 - расширитель-труба d=110 мм; 2 - крышка с резьбой; 3 - отверстие для слива; 4 - труба d=80 мм; =5 мм; 5 - кожух для защиты установки от затопления наледью; 6 - водоупор; 7 - поверхность земли; 8 - уровень наледи; 9 - уровень керосина летом; 10 -уровень керосина зимой

Длину труб определяем по схеме охлаждающей установки. Для частей труб, находящихся в грунте,

lГ=26+0,5??0,5+0,6+1,1=14,49 м.

Длину труб надземной части установки определяем из условия, чтобы она составляла не менее 0,2 от длины подземной части

lВ=0,2lГ=0,2??lГ=0,214,49=2,90 м.

Объем керосина в части установки, находящейся в грунте, будет

VГ=1lГ=0,004416??14,49=0,064 м3.

Объем керосина в части установки, находящейся над землей,

VB=0,20,064=0,013 м3.

Общий объем керосина в охлаждающей установке

VК=VГ+VВ=0,064+0,013=0,077 м3.

3. Определение температуры керосина в начальный период работы установки tКН и в холодный расчетный период tКР. Заполнение установки керосином намечается производить в сентябре, когда температура воздуха может быть около 0 °С.

Принимаем tКН=0 °С.

В холодный расчетный период (декабрь) среднемесячная температура воздуха tКР=-35,9 °С.

Коэффициент объемного изменения керосина при охлаждении =1,110-3.

Вынос тепла 1 м3 керосина для двухтрубной установки

q=10,1047 Дж/(°Сс).

Коэффициент ??, учитывающий изменение удельной поверхности охлажденного керосина в трубах, по сравнению с опытной установкой

где dОП, DОП - диаметры в свету малой и большой труб в опытной установке; dФ, DФ - диаметры в свету малой и большой труб фактически изготовленной установки dОП=50 мм, DОП=66 мм.

Коэффициент, учитывающий влияние ветра, определяется по формуле

где  - скорость ветра, м/с.

По климатологическому справочнику определяем среднемесячную скорость ветра =2 м/с; .

Коэффициент k2, учитывающий отношение объемов керосина в верхней, находящейся на воздухе части установки, к нижней, находящейся в грунте, принимается по формуле

Холодопроизводительность установки

Q=24??[VK-VK(tKH-tKP)]q??k1k2=1524787,2??102[0,077-0,077??35,9??1,1??10-3]0,1047??0,627??

??1,141??0,451=114237,05??102??0,03348=380957,6 Дж.

Теплосъем на 1 м заглубленных в грунт труб охлаждающей установки составляет

 Дж/м.

Диаметр мерзлого грунта, который может образовываться вокруг труб в грунте при работе охлаждающей установки с 1/Х по 15/XII.

Расход холода на замораживание 1 м3 талого грунта при влажности 30 % можно принять, по данным Н.Г. Трупака, 125604 Дж.

м.

Возможная амплитуда изменения уровня керосина определяется по максимальной и минимальной температурам воздуха, которые для района строительства составляют tmax=+34°С, tmin=-62°С.

Изменение объема керосина в охлаждающей установке в расчетном интервале температур от tmax до tmin

V=VK( tmax-tmin)=0,0771,1??10-3(34+62)=0,0082 м3.

Объем керосина при заливе в установку при 0 °С

V"=0,077??1,110-334+0,010382=0,0133 м3.

Объем керосина с запасом

VЗК=VK+DV"=0,077+0,0133=0,0903 м3.

13. Необходимый размер расширителя по высоте

где h1=0,l м, Dh2=0,15 м;