Конструирование и расчет водопропускных сооружений на автомобильных дорогах с использованием комплекса Грис программы Credo III

Волкова Е.В.; Солоненко А.И.

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ. СТРОИТЕЛЬСТВО

УДК 625.71.8

КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ВОДОПРОПУСКНЫХ СООРУЖЕНИЙ НА АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГАХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОМПЛЕКСА ГРИС

ПРОГРАММЫ CREDO III

Е.В. Волкова, А.И. Солоненко

Изложена методика процесса автоматизированного проектирования водопропускных сооружений на автомобильных дорогах. Представлены основные модули для расчета и конструирования водопропускных труб и малых мостов. Рассмотрен комплекс программ, позволяющий выполнить расчеты стоков дождевых паводков и талых вод, определить пропускную способность малых искусственных сооружений. Приведен порядок конструирования трубы с применением модуля ТРУБЫ. Проанализированы инструментальные возможности и перспективные направления развития этих программных модулей CREDO III.

Ключевые слова: автомобильные дороги; автоматизированное проектирование; программные комплексы; водопропускные сооружения; водопропускная труба; ливневый и дождевой сток; гидравлические расчеты.

DESIGN AND CALCULATION OF WATER PASSING CONSTRUCTIONS ON THE MOTORWAYS WITH THE USE OF GRIS COMPLEX OF PROGRAMME CREDO OF

GENERATION III

E.V. Volkova, A.I. Solonenko

In this article we presented the methods of process of automatized design of water passing constructions on the motorways. We presented the main modules for calculation and design of water passing pipes and small bridges. We considered the complex of programmes which allows to calculate the flowing of rain floods and ice water, define the carrying capacity of small artificial constructions. We also explained the way of pipe construction with the use of pipe module. We analysed instrumental capacity and perspective ways in development o these programme modules CREDO of generation III.

Key words: motorways; automatized design; programme complexes; water passing constructions; water passing pipe; rain flowing; hydraulic calculations.

Искусственные сооружения, к которым относятся и водопропускные трубы, и малые мосты - это сложные и дорогостоящие объекты дорожного строительства.

Водопропускные трубы, расположенные в насыпях, относятся к самому распространенному виду искусственных сооружений. Качество проектирования и строительства этих сооружений определяет надежность их дальнейшей эксплуатации. Высокоэффективные конструкции труб обеспечивают нормальный гидравлический режим, а также надежность и бесперебойность пропуска временной нагрузки от подвижного состава в течение нормативного срока службы [1 ].

Применение компьютерных технологий, при проектировании водопропускных труб и малых мостов, позволяет строить надежные и долговечные конструкции, оптимизировать и совершенствовать их элементы. Правильный выбор типа и рациональное проектирование водопропускных сооружений имеют большое значение для снижения стоимости строительства автомобильной дороги.

CREDO ДОРОГИ - это система автоматизированного проектирования автомобильных дорог в условиях нового строительства, реконструкции и ремонта [4, 9]. Специальные

возможности системы CREDO III позволяют конструировать и выполнять расчет водопропускных сооружений автомобильные дороги.

Комплекс ГРИС - это комплекс расчетных программ, позволяющий выполнить расчеты стоков дождевых паводков и талых вод, а также рассчитать пропускную способность малых искусственных сооружений: круглой трубы, прямоугольной трубы, малого моста [3, 8].

ГРИС включает две программы: ГРИС_С и ГРИС_Т. Эти программы работают автономно. Программа ГРИС_Т может использовать данные расчетов, которые сделаны в программе ГРИС_С.

Комплекс применяется в проектировании автомобильных и железных дорог.

Расчёт стока дождевых паводков по формуле НАДй/союзДорпроекта

Исходные данные

Ливнезой район № 5

Водосбор сооружения на Ш 23 + 50

Площадь водосСора, км2. 0.44

Длина водосбора, км. 1.02

Уклон водосбора, промилле 60.00

Форма бассейна двускатный с руслами

Поверхность Суглинки

бассейна/почзк

РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА

Вер. превышения, % Расход стока, ыЗ/с Объем стока ,тыс.мЗ Слой стока, мк

0.1 15.02 11.78 27

0.3 12.7S 10.03 23

1 S.84 7.72 18

2 8.32 6.52 15

3 7.61 5.97 14

4 7.00 5.49 12

5 6.29 4.S3 11

10 4.67 3.66 8

Рис. 1. Расчет стока дождевых паводков

Программа ГРИС_С предназначена для определения расчетных гидрологических характеристик при отсутствии гидрометрических данных для дождевого стока и весеннего половодья [5].

В результате расчета программа выдает текстовый отчет, который представлен на

рис. 1.

ГРИС_Т - это комплекс расчетных программ, позволяющий рассчитать пропускную способность малых искусственных сооружений: круглой трубы, прямоугольной трубы, малого моста [6].

Гидравлические расчеты по определению пропускной способности применимы как для новых, так и для существующих сооружений.

Расчеты новых труб на ливневый сток могут быть выполнены с учетом аккумуляции воды перед сооружением. Для талого стока, а также для существующих труб расчета с учетом аккумуляции не требуется [2, 8].

Для малых мостов расчет с учетом аккумуляции не предусмотрен, так как очень сложно охватить многовариантность их отверстий по типам пролетных строений. Поэтому пользователю предоставляется возможность самостоятельно решить эту проблему, варьируя размером отверстия моста и анализируя величину подпора воды перед ним.

Расчетами определяются следующие гидрологические характеристики для расходов, выбранных пользователем вероятностей превышения 0,1; 1; 2; 3; 5; 10; 25%:

- режим работы сооружения;

- подпор воды перед сооружением;

- глубина воды на выходе или расчетном сечении;

- скорость воды на выходе или расчетном сечении;

- минимально допустимая высота земляного полотна (для новых сооружений);

- при расчетах с учетом аккумуляции к этим данным добавляются величина коэффициента аккумуляции, сбросной расход в сооружении.

В качестве исходных данных для ГРИС_С принимаются материалы полевых изысканий. В ГРИС_Т используются материалы полевых изысканий, данные расчетов программы ГРИС_С и принятые проектные решения.

Окна расчетов имеют одинаковый вид для всех стоков и отличаются только составом исходных данных. Рабочая область разделена на две части: левая часть предназначена для ввода исходных данных, в правой - размещаются результаты расчетов. При изменении каких-то исходных данных и расчете в правой части отображаются расчетные параметры с учетом их изменений. Такой подход позволяет визуально отслеживать результаты и, манипулируя исходными данными, добиться желаемого результата.

Вывод результатов расчетов ГРИС_Т предоставляется в трех видах:

- в виде визуального изображения, выдаваемого на экран после осуществления расчета (рис. 2);

- в виде подготовленного отчета, который можно предварительно посмотреть на экране и выдать на печать;

- в виде сохраненного на диске файла отчета в формате RTF (рис. 3).

Следующий этап, после принятых расчетов, заключается в выборе конструкции водопропускной трубы.

Рассмотрим порядок конструирования трубы с применением модуля ТРУБЫ CREDO ДОРОГИ.

Индивидуальное конструирование труб осуществляется в соответствии с типовыми проектами. Конструирование трубы в программе ТРУБЫ включает следующие этапы: определение требуемой длины трубы; подбор оптимальной схемы средней части трубы (рис. 4); определение длины трубы, точек начала и конца трубы по принятой схеме; сборка или импорт секций трубы; компоновка трубы из имеющихся секций [7].

Рис. 2. Расчет пропускной способности труб и малых мостов

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ КРУГЛОЙ ТРУБЫ Исходные данные:

Расположение сооружения, ПК+ труба

Труба Проектируема?

Вид стока ЛиБневый

Расчетный расход 0, мЗ/с В . 27

Объем стока И, тыс.мЗ 6. 481

Средний уклон левого склона, промилле 40.00

Средний уклон правого склона, проьгилле 50.00

Средневзвешенный уклон лога, промилле 60.00

Коьф-фпциент шероховатости русла 0.0250

Угол пересечения трубы с трассой, град. 90.00

Бытовая глубина, к. 0 . 36

Бытовая скорость, м/с. 2.77

Характеристики трубы:

Тип оголовка трубы Раструбный

Количество очков трубы 2

Диаметр очка трубы, м 2.00

Ширина земполотна, м 12.00

Уклон трубы, промилле 14.00

Коэф. шероховатости лотка трубы 0.0110

Результаты расчета:

Режим безнапорный

Подпор воды перед трубой, м 1.56

Глубина воды на выходе, ы 0.50

Скорость воды на выходе, м/с 6.72

Минимально допустимая высота з/п, м 2.60

Рис. 3. Определение пропускной способности трубы

ЗГ? К(1|>точнл оСъе к"м

Название объекта

Пниегйжмие ПояОжеии* Трубы Угол пересеч. оси трубы с осью трассы Отверстие тр^^бы. м Колнчест&о

тр^м, м

Тмпоеое или тдивинуальное гроектнр. Расчетная глубина гэромерзатя, м Расчетная <7трыцзге(щчя темлерггур.? Рлсчстьый етроительньй гидъем 1/...

Серия -гнпоеого проекта к.онстрцкщ»< трубу Материал труйы

ЯГ

; 2^.50 зи

НС

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

1

Г^ювое I т |

,2А

|£0

¡40

■1этерчал гоФрию&анныкэ лементов Отмена

"3

Ок

Рис. 4. Карточка объекта

Входными данными для расчета являются: выбор варианта проектирования (типовой, индивидуальный), расчетная глубина промерзания, расчетная отрицательная температура, данные по черному профилю, данные по проектному профилю, данные по геоло-

После конструирования можно визуально оценить принятые параметры по следующим видам:

1. продольный разрез по оси трубы (рис. 5);

2. план (рис. 6);

3. фасад входного оголовка (рис. 7).

Рис. 5. Продольный разрез по оси трубы

Рис. 6. План

Результатами работы программы являются: чертежи в формате DXF, спецификация сборных железобетонных элементов, чертеж геологической скважины, ведомость основных объемов работ в формате MS Word. Пример ведомости объемов работ на строительство трубы отверстием 2 м приведен в таблице.

Рис. 7. Фасад входного оголовка

Пример ведомости объемов работ на строительство трубы

Наименование работ Ед. изм. Кол-во Прим.

Высота насыпи 7,173 м

Монтаж секций трубы шт. 60

из гофрированных элементов ЛМГ1.20.20, вес - 39,6 кг шт./кг 240/9504

Уголок 45х45х4 кг 70,4

Крепежные элементы:

- Болт М16х35 011 кг 549,3984

- Гайка 2М16 011 кг 201,3248

- Шайба плосковыпуклая кг 176,4624

- Шайба плосковогнутая кг 212,24

Монтаж блоков «Фундамент Ф1л-20-120» шт. 2

Сборный ж/б, габарит 120x200x100, вес - 4,8 т 3 м 4

- Арматура A-I кг 15,2

Монтаж блоков «Фундамент Ф2-20-120» шт. 2

Сборный ж/б, габарит 120x300x100, вес - 7,2 т 3 м 5,98

- Арматура A-I кг 20,4

Монтаж блоков «Экран Ф3» шт. 10

Сборный ж/б, габарит 30x150x140, вес 1,4 т 3 м 5,9

- Арматура A-I кг 40

Монтаж блоков «Фундамент Ф1п-20-120» шт. 2

Сборный ж/б, габарит 120x200x100, вес 4,8 т 3 м 4

- Арматура A-I кг 15,2

Укрепление русла на вxоде монолитным бетоном толщиной h=0,001 м 2 м 18,5

Укрепление русла на вькоде монолитным бетоном толщиной h=0,037 м 2 м 19

Разработка грунта экскаватором 3 м 251,43