operat HH Czarka 1+936

SPIS TREŚCI
1.
Spis rysunków ................................................................................................................................. 1
2.
Podstawa i przedmiot opracowania................................................................................................. 2
3.
Zakres prac ...................................................................................................................................... 2
4.
Materiały źródłowe wykorzystane w opracowaniu:........................................................................ 2
5.
Obliczenie przepływu średniego rocznego metodą odpływu jednostkowego................................. 3
6.
Obliczenia hydrologiczne przepływu maksymalnego..................................................................... 3
7.
Światło mostu.................................................................................................................................. 5
8.
Analiza warunków hydraulicznych w rejonie przekroju mostowego.............................................. 5
9.
Umocnienia koryta cieku w rejonie obiektu.................................................................................... 6
1. Spis rysunków
1) Mapa zlewni skala 1:50 000
2) Plan sytuacyjny 1:500
3) Przekrój poprzeczny 1:200
4) Profil podłuŜny cieku Czarka
2. Podstawa i przedmiot opracowania
Przedmiotem opracowania jest wyznaczenie przepływu miarodajnego dla istniejącego mostu pod
drogą powiatową nr 1512N Wielbark-Rozogi na odcinku od km 1+900 do km 1+950 wraz z obiektem
mostowym w km 1+936, który zostanie przebudowany.
Dla obiektu mostowego pod drogą klasy Z przepływ miarodajny odpowiada przepływowi
maksymalnemu o określonym prawdopodobieństwie przewyŜszenia p = 0,5%.
Opracowanie obejmuje wykonanie obliczeń hydraulicznych dla w/w przekroju, celem ustalenia
parametrów przebudowywanego obiektu mostowego zgodnie z rozporządzeniem ministra Transportu
i Gospodarki morskiej z 30 maja 2000r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny
odpowiadać drogowe obiekty inŜynierskie i ich usytuowanie.
Przekrój obliczeniowy zlokalizowany jest w km 0+420 potoku Czarka.
3. Zakres prac
Wykonano:
Wyznaczenie powierzchni zlewni dla profilu Czarka w km rzeki 0+420.
Wyznaczenie wartości dla przekroju obliczeniowego
przepływu średniego rocznego SRQ,
przepływu maksymalnego o określonym prawdopodobieństwie przewyŜszenia p=0,5%,
napełnienia w korycie cieku dla przepływu maksymalnego.
Określenie parametrów hydraulicznych w przekroju mostowym.
Dokonano analizy parametrów przyjętego obiektu mostowego.
Dobrano umocnienia koryta i skarp powyŜej górnego stanowiska.
Dobrano umocnienia koryta i skarp poniŜej dolnego stanowiska.
4.
Materiały źródłowe wykorzystane w opracowaniu:
Ustawa Prawo wodne z dn. 18 lipca 2001 {Dz. U. Nr 115, poz. 1229 z późniejszymi
zmianami}.
Rozporządzenie ministra Transportu i Gospodarki morskiej z 30 maja 2000r. w sprawie
warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać drogowe obiekty inŜynierskie i ich
usytuowanie {Dz. U. Nr 00.63.735}.
Polska norma z grudnia 1997r. PN-S-02204 Drogi samochodowe. Odwodnienie dróg.
Ustawa z dnia 10 kwietnia 2003r. o szczególnych zasadach przygotowania i realizacji
inwestycji w zakresie dróg krajowych {Dz. U. Nr 80, poz. 721}.
Ustawa Prawo ochrony środowiska z dnia 27.04.2001r. {Dz. U. Nr 62, poz. 627 z późniejszymi
zmianami}.
„Światła mostów i przepustów. Zasady obliczeń z komentarzem i przykładami” – Instytut
Badawczy Dróg i Mostów, Wrocław-śmigród 2000.
„Hydrologia ogólna” – ElŜbieta Bajkiewicz-Grabowska, Zdzisław Mikulski, Wydawnictwo
Naukowe PWN, Warszawa 2006.
„Podstawy projektowania budowli mostowych” – Arkadiusz Madaj, Witold Wołowicki,
Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa 2007.
„Podział hydrograficzny Polski”, IMGW, Warszawa 1987.
2
Mapa topograficzne w skali 1:25 000.
Mapa sytuacyjno – wysokościowa w skali 1:500.
5.
Obliczenie przepływu średniego rocznego metodą odpływu
jednostkowego
SQ = 0,0317·H·A
2
gdzie: A – powierzchnia badanej zlewni [km ];
2
A = 69,85 [km ]
H – wysokość warstwy odpływu [m]
H = P·cs [mm]
P – opad [mm];
P = 550 [mm]
cs – współczynnik odpływu jednostkowego [-]
H = 550·0,30 = 165 [mm
3
SQ = 0,0317·0,165·69,85 = 0,37 [m /s]
6.
Obliczenia hydrologiczne przepływu maksymalnego
Obliczenia przepływów zwyczajnej wielkiej wody wg Dębskiego
2/3
Q50% = C·A
C = Co·z
C – współczynnik właściwości hydrologicznej dorzecza
Co – współczynnik regionalny, Co = 0,2
z = 1,06
C = 0,2·1,06 = 0,212
Q50% = 0,212·69,85
2/3
3
= 3,60 [m /s]
Obliczenie przepływu miarodajnego Q0,5%
Q0,5% = Q50%·[1+cv·Ø(p,s)]
gdzie: cv - współczynnik zmienności, dla rzek nizinnych cv = 0,323 wg Dębskiego
Ø(p,s) – funkcja prawdopodobieństwa i współczynnika asymetrii
s = 1,25·cv =1,25·0,323
s = 0,403
stąd Ø(p,s) = 2,87 dla p = 0,5%
3
Q0,5% = 3,60·[1+0,323·2,87] = 6,94 [m /s]
Przepływ w korycie rzeki
-1
2/3 1/2
Qk = F·n ·R ·i
3
Dla napełnienia tm = 1,73 m, przepływ w korycie rzeki wyniesie: Qk = 6,94 [m /s]
Obliczenie przepływu o prawdopodobieństwie p = 1%:
0,92
Q1 = αobsz 1 ·A
·H1
1,11
·φ
1,07
0,1
0,35
·Jr ·ψ
·(1+JEZ)
-2,11
·(1+B)
-0,47
3
[m /s]
gdzie:
Q1 – przepływ o prawdopodobieństwie 1%
-3
αobsz 1 – współczynnik obszarowy dla obszaru nizinno-pojeziernego wschodniego αobsz 1 = 3,075·10
2
A – powierzchnia zlewni [km ]
H1 – maksymalny opad dobowy o prawdopodobieństwie 1% [mm]: H1 = 80
3
φ – współczynnik odpływu w zaleŜności od gleby, φ = 0,25
Jr – spadek rzeki ‰, Jr = (hmax – hmin)/(L+l) = (143,75 – 122,50)/(20,02+1,12) = 1‰
L – długość cieku [km]: L = 20,09
l – długość suchej doliny [km]: l = 1,12
hmax – rzędna działu wodnego na końcu suchej doliny [m n.p.m.]: hmax = 143,75
hmin – rzędna w przekroju zamykającym zlewnię [m n.p.m.]: hmin = 122,50
0,5
0,5
Ψ – spadek zlewni [‰], obliczany ze wzoru: Ψ = (∆h)/(A ) = (151,25-121,99)/(69,85 ) = 3,5
JEZ – współczynnik jeziorności: JEZ = Aj/A = 0 – brak jezior
2
Aj – powierzchnia wszystkich jezior na terenie zlewni [km ]
B – współczynnik zabagnienia obliczony ze wzoru: B = Ab/A = 1,30/69,85 = 0,02
2
Ab – powierzchnia torfowisk i bagien [km ]
-3
0,92
Q1 = 3,075·10 ·69,85
1,11
·80
1,07
·0,25
0,1
·1 ·3,5
0,35
·(1+0)
-2,11
·(1+0,02)
-0,47
3
= 6,90 [m /s]
Przepływ miarodajny Qm = Q0,5% (wg Rozporządzenia MTiGM) obliczony ze wzoru: Q0,5% = Q1·λp
λp – kwantyl rozkładu zmiennej o prawdopodobieństwie p = 0,5%, dla pojezierzy wynosi 1,10
3
Q0,5% = Q1·λp = 6,90·1,10 = 7,59 [m /s]
Przepływ miarodajny został policzony dwoma metodami. Do dalszych obliczeń, wybrano wartość
3
mniej korzystną, Q0,5% = 7,59 [m /s].
Obliczenie napełnienia miarodajnego.
Napełnienie miarodajne, zostało obliczone metodą kolejnych przybliŜeń. Zestawienie wyników
przedstawiono w tabeli 1.
Tabela 1. Zestawienie wyników do obliczenia napełnienia miarodajnego.
nd
0,030
0,030
0,030
0,030
0,030
0,030
0,030
Id
0,0015
0,0015
0,0015
0,0015
0,0015
0,0015
0,0015
bd
2,2200
2,2200
2,2200
2,2200
2,2200
2,2200
2,2200
hm
1,000
1,200
1,400
1,530
1,600
1,800
2,000
m1
1,589
1,589
1,589
1,589
1,589
1,589
1,589
m2
1,011
1,011
1,011
1,011
1,011
1,011
1,011
Bd
4,820
5,340
5,860
6,198
6,380
6,900
7,420
Oz
5,519
6,179
6,839
7,268
7,499
8,159
8,819
Fd
3,520
4,536
5,656
6,440
6,880
8,208
9,640
Rh
0,638
0,734
0,827
0,886
0,917
1,006
1,093
v
0,96
1,05
1,14
1,19
1,22
1,30
1,37
Qm
3,367
4,765
6,433
7,669
8,386
10,638
13,206
gdzie:
nd – współczynnik szorstkości koryta cieku, przyjęto średni dla małych cieków wodnych n = 0,030
Id – spadek podłuŜny cieku
bd – szerokość dna cieku, którego kształt jest zbliŜony do trapezu [m]
hm – rzędna miarodajna [m]
m1 – pochylenie skarpy lewej cieku
m2 – pochylenie skarpy prawej cieku
Bd – szerokość przekroju, którego kształt jest zbliŜony do trapezu [m]: Bd = bd+hm·(m1+m2)
2 0,5
2 0,5
Oz – obwód zwilŜony [m], obliczony ze wzoru [m]: Oz = bd+hm·[(1+m1 ) +(1+m1 ) ]
2
Fd – pole przekroju zwilŜonego [m ]: Fd = 0,5·hm·(Bd+bd)
4
Rh – promień hydrauliczny [m]: Rh=Fd/Oz
2/3
1/2
v – prędkość [m/s]: v = (1/nd)·(Rh ·Id )
3
Q – przepływ miarodajny obliczony dla danego napełnienia hm [m /s]: Q = Fd·v
Przyjęte napełnienie w korycie cieku przy przepływie miarodajnym wynosi hm = 1,53 m.
7. Światło mostu
Przyjęto dla dna nierozmywalmego
L = (Qm)/(µ·h·v) [m]
gdzie:
h – średnia głębokość w przekroju mostowym [m]
b = 3,80 [m] – projektowana szerokość dna w przekroju pod mostem [m]
v – załoŜona prędkość, nie większa niŜ vkr = (g·h)
vkr = (g·h)
0,5
= (9,81·1,53)
0,5
0,5
i najmniejszej prędkości dopuszczalnej vd
= 3,87 [m/s]
vd = 3,9 [m/s] przy umocnieniu z kamienia grubości 20 [cm]
obliczono ze wzoru: v = Qm/F = 7,59/7,98 = 0,95 [m/s]
2
F – pole przekroju koryta pod mostem do rzędnej wody miarodajnej [m ]: F = 7,98
µ – współczynnik dla mostów jednoprzęsłowych, z korpusem wtopionym w nasyp µ = 0,91
L = (7,59)/(0,91·1,53·0,95) m = 5,74 [m]
Przyjęto do celów projektowych światło L = 6,00 [m].
v = (Qm)/(µ·h·L) = (7,59)/(0,91·1,53· 6) = 0,91 m/s
8. Analiza warunków hydraulicznych w rejonie przekroju mostowego
Spiętrzenie wody przed mostem:
2
2
2
∆z = K·[(α·v )/(2·g)]+{[α0·(vo -vs )]/(2·g)}
gdzie:
K – współczynnik strat
α, α0 – współczynnik Saint-Venanta:
przed mostem dla przekroju zwartego αo = 1,2
pod mostem α = 1+M·( αo –1)
2
g – przyśpieszenie ziemskie [m/s ]
2
Fo – pole przekroju koryta cieku do rzędnej wody miarodajnej [m ]: Fo = 8,16
2
F – pole przekroju koryta pod mostem do rzędnej wody miarodajnej [m ]: F = 7,98
Bo – szerokość zwierciadła wody w przekroju niezabudowanym [m]: Bo = 5,96
v – średnia prędkość wody pod mostem w przekroju nierozmytym [m/s]:
v = Qm/F = 7,59/7,98 = 0,95
vo - średnia prędkość wody w przekroju niezabudowanym [m/s]:
vo = Qm/Fo = 7,59/6,27 = 1,21
vs – średnia prędkość wody powyŜej mostu, po spiętrzeniu [m/s]:
vs = Qm/(Fo+Bo·∆z) = 7,59/(6,27+5,96 ·∆z)
3
Qm – przepływ miarodajny [m /s]
Qs – przepływ w części koryta niezabudowanego odpowiadającej powierzchni przekroju mostowego
3
brutto [m /s]
3
Qs = vo · F = 1,21 · 7,98 = 9,66 m /s
5
M = Qs/Qm = 9,66/7,59 = 1,27
Ko = 0
Współczynnik strat K, obliczono ze wzoru:
K = Ko + ∆Kf + ∆Kc + ∆Kφ
gdzie:
Ko – podstawowy współczynnik start zaleŜny od stopnia zwęŜenia cieku przez przyczółki i ich kształty,
w zaleŜności od parametru M = Qs/Qm. Wartość Ko odczytana z rys.2.7. (krzywa nr 2) zał. nr 1 do
rozporządzenia MTiGM z dn.30.05.2000r., Ko = 0
∆Kf – współczynnik zaleŜny od kształtu filarów, ∆Kf = 0 - most jednoprzęsłowy;
∆Kc – poprawka uwzględniająca wpływ niesymetryczności zwęŜenia cieku, ∆Ke = 0 - most połoŜony
symetrycznie;
∆Kφ – poprawka uwzględniająca wpływ ukośnego usytuowania mostu w stosunku do osi cieku,
∆Kφ = 0 – most połoŜony symetrycznie.
K=0
PoniewaŜ nie przewidujemy zawęŜenia przekroju cieku przez przyczółki, stąd spiętrzenie ∆z = 0.
Tabela 2. Podusmowanie
Parametr
Wielkość
Jednostka
Przekrój mostowy
0+420
km
Powierzchnia zlewni do przekroju mostowego
69,85
m
2
Przepływ miarodajny Qm0,5%
7,59
m
3
Rzędna dna
122,05
m n.p.m.
Rzędna miarodajna
123,58
m n.p.m.
Rzędna wzniesienia spodu konstrukcji mostowej
124,51
m n.p.m.
6,86
m
Światło poziome netto (odległość pomiędzy przyczółkami) B
6
m
Spiętrzenie przed rozmyciem ∆z
0
m
81°
stopnie
Szerokość zwierciadła przepływu miarodajnego Bo
Kąt skrzyŜowania osi cieku z osią przeprawy
9. Umocnienia koryta cieku w rejonie obiektu
•
Dno cieku w rejonie przebudowywanego obiektu umocnione zostanie narzutem kamiennym
w gabionach grubości 20 cm. Długość umocnienia 23 m.
•
Skarpy na odcinku powyŜej obiektu na długości 8,0 [m] umocnić brukiem grubości 14 cm
z wypełnieniem spoin na podsypce cementowo – piaskowej grub. 5 cm.
•
Skarpy na odcinku poniŜej obiektu na długości 5,0 [m] umocnić brukiem grubości 14 cm
z wypełnieniem spoin na podsypce cementowo – piaskowej grub. 5 cm.
6