Obliczenia światła przepustu na potoku Strużyna, w ciągu drogi gminnej, koło miejscowości Dobrosławice, gmina Żmigród. 1. Uwagi ogólne. 1.1. Przedmiot obliczeń. Przedmiotem obliczeń jest światło projektowanego przepustu na potoku Strużyna, w ciągu drogi gminnej, koło miejscowości Dobrosławice, gmina Żmigród. 1.. Podstawa obliczeń. Obliczenia wykonano na zlecenie Gminy Żmigród, w ramach projektu odbudowy istniejącego mostu, na podstawie: umowy zawartej pomiędzy Gminą Żmigród, Al. Wojska Polskiego /3, 55-140 Żmigród, a jednostką projektową Zakładem Usługowo-Handlowym RR, ul. Teatralna a, 55-100 Trzebnica, opracowania Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej, Oddział we Wrocławiu, ul. Parkowa 30, 51-616 Wrocław Charakterystyki hydrologiczne rzeki Strużyny w przekroju mostu w ciągu drogi gminnej, koło miejscowości Dobrosławice, gmina Żmigród, sporządzonego w marcu 007, Wytycznych projektowania obiektów i urządzeń budownictwa specjalnego w zakresie komunikacji. Światła mostów i przepustów. WP-D1, Ministerstwo Komunikacji, Departament budownictwa, Warszawa 1973, Rozporządzenia MTiGM z dnia 30.05.000 w sprawie warunków technicznych jakim powinny odpowiadać drogowe obiekty inżynierskie i ich usytuowanie (Dz. U. nr 63, poz. 735), opracowania Światła mostów i przepustów. Zasady obliczeń z komentarzem i przykładami. Instytut Badawczy Dróg i Mostów, Wrocław Żmigród 000, mapy sytuacyjno-wysokościowej do celów projektowych i szczegółowych pomiarów wysokościowych, wykonanych przez Biuro Geodezyjne Kunicki Dereń w ramach tej samej umowy w kwietniu 007, pomiarów uzupełniających i wizji lokalnej, przeprowadzonych przez zespół projektowy.. Parametry zlewni. Parametry zlewni podano za opracowaniem IMGW we Wrocławiu Charakterystyki hydrologiczne rzeki Strużyny w przekroju mostu w ciągu drogi gminnej, koło miejscowości Dobrosławice, gmina Żmigród: A 40.44 km powierzchnia zlewni L c 17.0 km długość zlewni do granic wododziału i śr.6 % średni spadek zlewni Z 14.0 % zalesienie zlewni T śr 15.9 C średnia miesięczna temperatura w okresie V IX z wielolecia 1981 000 P śr 58.8 mm średni miesięczny opad w okresie V IX z wielolecia 1971 000 ZUH RR Trzebnica 007 10
3. Przepływ miarodajny. Przepływy miarodajne o prawdopodobieństwie przewyższenia odpowiednio 1% i 5%, wyznaczone przez IMGW w opracowaniu Charakterystyki hydrologiczne rzeki Strużyny w przekroju mostu w ciągu drogi gminnej, koło miejscowości Dobrosławice, gmina Żmigród: 1% 10.4 m 3 /s 5% 7.08 m 3 /s 4. Ustalenie poziomu WW w przekrojach obliczeniowych rowu. Poziom zwierciadła wielkiej wody miarodajnej w poszczególnych przekrojach rowu (napełnienie koryta) ustalono metodą różnicową, wychodząc od przekroju końcowego (przekrój 6-6 w km 0+16.60), przyjętego jako tzw. przekrój zerowy, idąc w górę cieku, od przekroju do przekroju. Kształt i wymiary istniejących przekroi oraz pomierzoną niweletę dna rowu na odcinku objętym opracowaniem przedstawiono na rysunkach Profil podłużny rowu i Charakterystyczne przekroje rowu. Rów w rejonie obiektu ma przekrój zwarty, trapezowy (trójkątny) bez wykształconych tarasów zalewowych. Spadek podłużny koryta niewielki, ale dość wyrównany, wynoszący około 0.37 %. W obliczeniach rzędnej zwierciadła wody w kolejnych przekrojach pomiarowych koryta posługiwano się zależnością: Li α k zi zi 1 + ( u i 1 + u i ) + ( v i 1 v i ) g [1] w której: z i rzędna zwierciadła wody w przekroju L i odległość przekroi u i spadek hydrauliczny w przekroju α współczynnik energii kinetycznej Saint-Venanta k współczynnik poprawkowy średnia prędkość przepływu w przekroju v i Spadek hydrauliczny w przekroju oraz średnią prędkość przepływu wyznaczano ze wzorów: ui n / 3 Fi R i v i Fi przy czym: przepływ miarodajny w przekroju F i powierzchnia przepływu w danym przekroju R i F i /p i promień hydrauliczny przekroju p i obwód zwilżony n współczynnik szorstkości koryta Wartość współczynnika szorstkości przekroju przyjęto wg tabeli 4.1 opracowania Światła mostów i przepustów. Zasady obliczeń... jak dla potoków górskich o szerokości w czasie wezbrania do 30 m, o dnie żwirowym, z niewielką ilością otoczaków i małymi głazami: n 0.040 Wartość współczynnika energii kinetycznej Saint-Venanta przyjęto jak dla przekroju zwartego koryta w wysokości: α 1.0 Współczynnik poprawkowy k przyjmuje wartość w zależności od znaku wyrażenia w drugim nawiasie: v v i 1 i i 1 vi < k 1.00 dla ( ) 0 k 0.50 dla ( v ) 0 ZUH RR Trzebnica 007 11
Wartości F i i p i dla danego przekroju, w zależności od jego napełnienia, wyznaczano graficznie w programie AutoCAD (patrz rysunek Przekroje poprzeczne). Rzędną zwierciadła wody w pierwszym przekroju (tzw. zerowym ) wyznaczono metodą kolejnych przybliżeń, poszukując takiego napełnienia przekroju, przy którym przepływ wyznaczony odpowiada rzeczywistemu. Korzystano przy tym z zależności: v 1/n R /3 u V F Przy wyznaczaniu napełnienia przekroju zerowego założono spadek zwierciadła wody w przekroju odpowiadający średniemu nachyleniu dna na rozpatrywanym odcinku, przy czym w toku obliczeń zweryfikowano to założenie, sprawdzając, że przyjęty spadek hydrauliczny nie odbiega w większym stopniu od wyznaczonego dla sąsiednich przekroi. Dalsze obliczenia (dla kolejnych przekroi) prowadzono metodą kolejnych przybliżeń, korzystając z zależności [1]. Po wstępnym założeniu poziomu zwierciadła wody z i i graficznym wyznaczeniu charakterystyk przepływu F i i p i obliczano wartości v i i u i oraz odpowiadającą im wartość z i. W przypadku różnicy obu wartości z i (założonej i obliczonej) obliczenia powtarzano, korygując wartość założoną. W zależności od konkretnego przypadku przyjmowano nową wartość założoną z i równą bądź wartości obliczonej w poprzednim kroku, bądź średniej arytmetycznej wartości założonej i obliczonej w poprzednim przybliżeniu, ewentualnie dobierano nową wartość założoną indywidualnie, metodą prób). Obliczenia prowadzono do uzyskania różnicy obu wartości nie przekraczającej 0.01 m, po czym przechodzono do obliczeń następnego przekroju. Dla pierwszego obliczenia dla danego przekroju przyjmowano wstępnie wartość z i równą: z i z i-1 + L i u i-1 Obliczenia poziomu zwierciadła wody, zarówno dla pierwszego, jak i dla kolejnych przekroi, prowadzono w arkuszu kalkulacyjnym EXCELL. Wyniki obliczeń rzędnych zwierciadła wody w kolejnych przekrojach obliczeniowych cieku zestawiono tabelarycznie na końcu opracowania (tab. 1). 5. przepustu. Przy ustalaniu światła przepustu posługiwano się zasadami podanymi w Rozporządzeniu MTiGM z dnia 30.05.000 w sprawie warunków technicznych jakim powinny odpowiadać drogowe obiekty inżynierskie i ich usytuowanie (Dz. U. nr 63, poz. 735) oraz opracowaniu IBDiM w Żmigrodzie Światła mostów i przepustów. Zasady obliczeń z komentarzem i przykładami. 5.1. Wyznaczenie światła przepustu. Obliczenia światła przepustu przeprowadzono jak dla małego mostu z dnem umocnionym, pracującego w schemacie przelewu zatopionego, o szerokiej koronie, korzystając ze wzoru: L µ h d g(h 0 h d ) w którym: przepływ miarodajny µ współczynnik z tablicy 3.5 Zasad obliczeń... h d głębokość wody dolnej H 0 wysokość energii strumienia wody spiętrzonej przed mostem g przyśpieszenie ziemskie przy czym wielkość H 0 wyraża się wzorem: H0 H + v s g w którym: H głębokość wody spiętrzonej przed mostem v s średnia prędkość wody spiętrzonej przed mostem W obliczeniach światła założono wielkość spiętrzenia przed mostem wynoszącą h 10 cm. Tym samym głębokość wody spiętrzonej przed mostem H wyniesie: H.05 + 0.10.15 m ZUH RR Trzebnica 007 1
Sprawdzenie warunku przelewu zatopionego: h d > NH h d.15 m N 0.83 współczynnik z tabeli 3.5, poz. 4 H.15 m h d.15 m > 0.83.15 1.78 m warunek spełniony Dla założonej głębokości wody spiętrzonej przed mostem wyznaczono wysokość energii strumienia wody spiętrzonej z podanej wyżej zależności przyjmując wielkość v s równą: v s /F gdzie F jest polem powierzchni przepływu w przekroju mostowym (przekrój 3-3), odpowiadającym głębokości wody spiętrzonej H. F 7.115 m v s 10.40/7.115 1.46 m/s Wysokość energii strumienia wody spiętrzonej przed mostem wynosi więc: 1.46 H0.15 + 9.81.6 m Pozostałe parametry konieczne do wyznaczenia światła mostu wynoszą: µ 0.86 Tab. 3.5, poz. 4 h d.15 m przekrój 3-3 Światło przepustu wynosi: 10.40 L 0.86.15 9.81 (.6.15) 3.83 m Przyjęto zabudowę przekroju przepustem o konstrukcji sprężystej, łukowo-kołowej, z blach stalowych fałdowanych MULTIPLATE MP00 typu VN8, o świetle 3.97.73 m. 5.. Sprawdzenie warunków przepływu w przepuście. 5..1. Prędkość przepływu. Maksymalną prędkość przepływu w przekroju mostowym wyznaczono z zależności: v m k L H k 0.47 współczynnik z tabeli 3.5, poz. 4 L 3.97 m H.15 m Maksymalna prędkość przepływu w przepuście wynosi: 10.40 v m.59 m/s < 3.00 m/s v dop 0.47 3.97.15 i jest mniejsza od prędkości dopuszczalnej dla przepustu o wysokości ponad 1.50 m. 5... Sprawdzenie stanowiska górnego (wlot przepustu). h p.73 m wysokość przepustu na wlocie H.15 m głębokość wody spiętrzonej na wlocie h wz min 0.5 m wzniesienie minimalne sklepienia nad poziom wody spiętrzonej 1.0 h p 1.0.73 3.8 m 0.75 h p 0.75.73.05 m H < 1. h p przepust o nie zatopionym wlocie h p H.73.15 0.58 m > h wz min ZUH RR Trzebnica 007 13
5.3. Obliczenie stanowiska dolnego. 5.3.1. Parametry wylotu. głębokość wody na wylocie: h kr.15 m h wyl 0.70 h kr 0.70.15 1.505 m prędkość wylotowa: F wyl 5.113 m pole powierzchni przepływu odpowiadające głębokości h wyl v wyl /F wyl 10.40/5.113.03 m/s sprawdzenie możliwości rozmycia dna: v nr 1.0.15 1/5 1.40 m/s prędkość nierozmywająca żwiry grube 1.0 v nr 1.0 1.40 1.68 m/s v wyl > 1.0 v nr konieczne jest umocnienie wypadu 5.3.. Ukształtowanie wypadu. ustalenie długości wypadu: v d 1.30 m/s prędkość w korycie odpływowym (przekrój 4-4) h d.15 m głębokość w korycie odpływowym (przekrój 4-4) Fr Fr d v d 1.30 0.080 < 1 liczba Froude a w przekroju koryta odpływowego g h 9.81.15 wyl wyl wyl v.03 0.79 liczba Froude a w przekroju wylotowym g h 9.81 1.505 Ponieważ spełniony jest warunek Fr d < 1, w korycie odpływowym panuje ruch spokojny. W takim przypadku wartość kąta β odchylenia ścian wypadu wyznacza się z wykresu Šerenkowa: Fr d 0.080 Fr wyl 0.79 β 61 Minimalną długość wypadu L w wyznaczono z zależności: B w b wyl L w tgβ w której: B w 7.86 m szerokość koryta wypadu (szerokość lustra wody w przekroju 4-4) b wyl 3.8 m szerokość wylotu L w 7.86 3.8 o tg 61 1.1 m ocena warunków hydraulicznych poniżej wylotu: W korycie odpływowym panuje ruch spokojny nie powstaje zjawisko odskoku hydraulicznego. Nie ma konieczności specjalnego kształtowania odcinka koryta poniżej wylotu wystarczające jest samo jego umocnienie. umocnienie wypadu: Długość umocnień L u określono z poniższych warunków: L u L w 1.1 m L u ( 3) b ( 3) 3.8 7.64 11.46 m Przyjęto długość umocnień: L u 10.00 m Wrocław, czerwiec 007. Opracował: Sprawdził: mgr inż. Michał Pigoń mgr inż. Ryszard Jóźwik ZUH RR Trzebnica 007 14