Politechnika Wrocławska

Wydział Budownictwa Lądowego i Wodnego

Instytut Geotechniki i Hydrotechniki

Zakład Budownictwa Wodnego

Ćwiczenie projektowe

z odwodnienia

„Projekt odwodnienia odcinka zamiejskiego drogi klasy technicznej G"

V_p=70 km/h

1. Opis techniczny i obliczenia

Prowadzący:

dr inż. Jerzy Machajski

Wykonał:

Michał Miazga

rok IV, gr. 3

rok akadem.: 2001/2002 specjalność: BDiL

CZĘŚĆ 1

OPIS TECHNICZNY

1.Dane ogólne

1.1. Cel i zakres opracowania.

Tematem ćwiczenia projektowego jest wykonanie projektu odwodnienia zamiejskiej drogi utwardzonej powiatowej klasy G. Przyjęta szerokość drogi wynosi: 11m, długość planowanego odcinka w wariancie I wynosi 2.25 km. Trasa w większości przebiega przez obszary leśne, będące własnością Dyr. Lasów Państwowych oraz w niewielkim fragmencie przez prywatne łąki i nieużytki.

1.2. Podstawa opracowania

Podstawę do opracowania projektu stanowi pozwolenie na budowę wydane przez właściwy organ administracji terenowej, zgodne z planowanym zagospodarowaniem terenu.

1.3. Układ konstrukcyjny i technologia wykonania

Droga jest jednojezdniowa, dwupasowa, z poboczem nieutwardzonym. Urządzeniami odwadniającymi są tu rowy trapezowe o pochyleniu skarp 1:3, zgodnie z zaleceniami ustawy [2], dwa przepusty, z których do szczegółowych obliczeń przyjęto przepust nr 1 znajdujący się na km 1+200.00 projektowanej trasy. Przewidziano także odwodnienie wgłębne ciągiem drenarskim  0.20 m od km 2+250.00 do km 1+680.00. Obliczenia dla wymienionych tu urządzeń odwadniających zamieszczone są w części 2 niniejszego opracowania. Rozwiązania konstrukcyjne urządzeń odwadniających oraz ich układ w planie i profilu przedstawiają załączone rysunki robocze.

1.4. Opis stanu istniejącego

Planowany odcinek jest budowlą nową wykonaną zgodnie z technologią budownictwa drogowego i zasadami sztuki budowlanej i nie przecina się z innymi szlakami komunikacyjnymi, ani ciekami wodnymi. Na rozpatrywanym terenie wyodrębniono 3 zlewnie drogowe zaznaczone na planie sytuacyjnym.

2. Dane szczegółowe

2.1. Warunki gruntowo-wodne

Droga znajduje się na terenie nizinnym, blisko małego cieku wodnego (częściowo narażona na działanie wielkiej wody). Podłoże gruntowe niewysadzinowe (pospółka), z wyjątkiem bezpośredniego sąsiedztwa cieku. Zwierciadło wody gruntowej na poziomie ok. 1.8 m jest swobodne.

2.2.Układ odwodnienia drogi w planie

Układ odwodnienia, tj. układ skarp nasypów i wykopów oraz rozmieszczenie rowów skarpowych drogi w planie odzwierciedla wykonany szkic sytuacyjny w skali 1:10000. Zaprojektowany odcinek posiada jedno załamanie wyokrąglone łukiem kołowym o promieniu R=1000 m wraz z konstrukcją krzywej przejściowej.

2.3. Układ odwodnienia drogi w profilu

Układ odwodnienia drogi w profilu został dostosowany, do uzyskania możliwie najlepszych warunków odwodnienia drogi, a jednocześnie zabezpieczenia jej przed szkodliwym działaniem wód gruntowych. Zaprojektowano niwelety rowów o spadkach od 0.5% do 3%. Na odcinku o pochyleniu 3% dodatkowo projektuje się umocnienie dna i skarpy rowów darniną na długości 200 m.

2.4. Przepusty

Zgodnie z obliczeniami wykonanymi w części drugiej niniejszego opracowania zaprojektowano wykonanie 2 przepustów rurowych, żelbetowych, prefabrykowanych: nr 1 na km 1+200.00, średnica D=1.5 [m], długość L=27.4 [m],

nr 2 na km 0+860.00, średnica D=1.0 [m], długość L=25.0 [m].

Obie osie przepustów są prostopadłe do osi drogi.

2.5. Odwodnienie wgłębne

Droga posiadać będzie odwodnienie wgłębne w postaci ciągu drenarskiego o średnicy  0.20.

2.6. Odprowadzenie wód z urządzeń odwadniających

Zgodnie z obowiązującymi przepisami o ochronie środowiska odprowadzenie wód opadowych odbywać się będzie do lokalnego cieku wodnego, o znaczeniu gospodarczym, biegnącego w okolicy. Zgodnie z prognozowanym natężeniem ruchu i możliwym wzrostem zanieczyszczenia wód opadowych przewiduje się zainstalowanie w późniejszym terminie urządzenia do separacji zanieczyszczeń ropopochodnych, będące tematem oddzielnego opracowania.

3.Materiały wykorzystane do obliczeń projektu.

Pozycje na które powołano się w projekcie to:

„Odwodnienie dróg” R.Edel, WKiŁ W-wa 2000 [1]

Dz. U. Nr 43 z 1999 r. [2]

W kwestiach nieujętych w w/w posłużono się:

wskazówkami zawartymi w notatkach własnych.

CZĘŚĆ 2-OBLICZENIA

1. Ustalenia wstępne

1.1. Wyznaczenie zlewni i obliczenie ich powierzchni

Na podstawie szkicu sytuacyjnego, układu terenu i planowanego przebiegu i planowanego przebiegu drogi ustalono podział na 3 zlewnie, zaznaczone i opisane na załączonym szkicu sytuacyjnym.

Obliczenie powierzchni poszczególnych zlewni:

ZLEWNIA 1:

-zlewnia drogi: 1150 m·0.5·300 m+100 m·0.5·300 m=172 000 m²+15 000 m²=

=18.75 ha

-zlewnia przepustu 1: 0.5·(700 m+300 m) ·160 m=8 ha

ZLEWNIA 2:

-zlewnia drogi: 0.5·(700 m+300 m)·250 m+300 m·0.5·350 m=125 000 m²+115 000 m²

=24.0 ha

-zlewnia przepustu 2: 0.5·(900 m+400 m) ·200 m=13 ha

ZLEWNIA 3:

-zlewnia drogi: 0.5·(550 m+500 m)·650 m=34.12 ha=A_MAX

Na podstawie powyższych obliczeń ustalono zlewnię maksymalną A_MAX równą zlewni nr 3, wynoszącą 34.12 ha.

1.2. Ustalenie współczynnika spływu 

Na podstawie przedstawionego na szkicu zagospodarowania terenu oraz narzuconych warunków podłoża i pochylenia terenu ustalono współczynnik spływu .

1.3. Ustalenie najdłuższej drogi cząstki wody L₁ oraz drogi L₂

Na podstawie szkicu sytuacyjnego znaleziono drogę L₁=1050 m oraz korzystając z planu sytuacyjnego drogi zmierzono odległośc L₂=280 m.

2. Wymiarowanie rowów skarpowych dolnych

(od km 0+480.00 do km 0+000.00)

2.1. Określenie wilekości odpływu sekundowego ze zlewni Q_o

Sekundowy odpływ ze zlewni Q_o wyznacza się ze wzoru (1):

Q_o=A ·q ·  · [l/s], gdzie (1)

A-powierzchnia zlewni [m²]

q-natężenie deszczu miarodajnego [dm³/(s·ha)] (wg wzoru (2))

współczynnik spływu

-współczynnik opóźnienia odpływu (przyjęto 1)

2.2. Obliczenie natężenia deszczu miarodajnego

Natężenie deszczu miarodajnego q oblicza się ze wzoru (2):

q=
, gdzie (2)

q-natężenie deszczu miarodajnego [dm³/(s·ha)]

A_q-współczynnik zależny od prawdopodobieństwa pojawienia się deszczu

t_d-czas trwania deszczu [min]

A_q­ odczytano z tabeli 3.2. str. 39 [1] na podstawie następujących założeń:

-droga klasy G, stąd częstotliwość opadów C=2

-opad normalny P_n=680 mm<800 mm, stąd:

A_q=592

Obliczenie czasu trwania deszczu t_d

Założono t_d=t_s, gdzie t_s jest czasem spływu cząstki wody z najdalszej części zlewni do urządzenia (przekroju obliczeniowego przepustu) [min]

t_s=t₁+t₂+t₃, gdzie (3)

t₁-czas spływu cząstki wody po powierzchni terenu [min]

t₂-czas spływu cząstki wody na odcinku rowu stokowego i/lub przydrożnego [min]

t₃-przesunięcie czasu wywołane stratami wody na zwilżenie powierzchni terenu [min]

t₁=
, gdzie (4)

v₁-prędkość spływu cząsteczki wody po powierzchni [m/min], przyjęto v₁=8 [m/min]

L₁-droga przebyta przez cząstkę wody z najdalszej częsci zlewni do urządzenia odwadniającego (rowu) [m]

t₁=
=131.25 [min]

t₂=
,gdzie (5)

v₂ oblicza się ze wzoru (6):

v₂=
[m/min], gdzie (6)

R_h=
,gdzie (7)

A_p-pole przekroju urządzenia odwadniającego (rowu stokowego) [m²]

O_z-obwód zwilżony urządzenia odwadniającego [m]

I_d-pochylenie dna rowu (przyjęto pochylenie I_d dna rowu równe 0.5%, pochyleniu niwelety drogi , gdyż droga na rozpatrywanym odcinku biegnie w wykopie).

Po podstawieniach uzyskano:

A_p=0.5·(0.4 m+1.9 m)·0.3 m=0.35 m²

O_z=0.4 m+0.6 m+2·0.95 m=2.9 m

R_h=
=0.12

v₂=
=0.57[m/s]

t₂=
=8.19[min]

t₃=0.20t₂=0.20·8.19[min]=1.64[min]

t_s=t_d=131.25[min]+8.19[min]+1.64[min]=141.08[min]

q=
=6.40 [dm³/(s·ha)]

Q_o=34.12 ha·6.40 [dm³/(s·ha)]·0.10·1=21.84 [l/s]

2.3. Sprawdzenie zdolności przepustowej rowu

Warunek przepustowości

Q_z=A_p·v₂>Q_o

Q_z=0.35[m²]·0.57[m/s]=3 500·0.0095=33.25[l/s]>Q_o

Zatem urządzenie odwadniające (rów) ma odpowiednie wymiary, a poziom wypełnienia jest wystarczający.

3. Wymiarowanie przepustu km 1+200.00

3.1. Dane:

Typ przepustu: ciśnieniowy

Lokalna regulacja cieku na długości: 200. 00 m

Q_p=1%=5.50 [m³/s]

Odczytane rzędne: R_zg=179.50 [m]

R_zd=174.32 [m]

n=0.030

pochylenie skarp cieku: m=1.75

stosunek b/h_o: założono b=h_o

3.2. Lokalna regulacja cieku

Q_p=1%≤ A∙v, gdzie

v-prędkość wody w regulowanym cieku [m/s]

A-pole powierzchni cieku [m²]

Q_p=1%-natężenie przepływu miarodajnego

A=
, gdzie:

B-szerokość górnej krawędzi cieku [m]

b-szerokość dna cieku [m]

h_o-głębokość napełnienia cieku [m]

v=

B=b+2∙m∙h_o

A=b²(1+m)

O_z=b+2∙

O_z=b+2b∙

O_z=5.03∙b

A=2.75∙b²

5.50 [m³/s] ≤5.50 [m3/s] ·2.75b² ·5.36·(0.547b)^2/3

5.50 [m³/s] ≤14.75b²·0.4045 b^2/3

0.9217 [m/s] ≤b²b^2/3

b≥0.896 [m]

Przyjęto b=ho=0.9 [m]

3.3. Określenie parametrów przepustu

Założono wlot przepustu bez skrzydełek

_wlot=0.10

_wyl=1.0

D=1.5 [m]

H≥h_wlot+h_wyl+
,

h_wlot=_wlot
,

h_wyl=_wyl
,

,

,

A=
=1.767 [m²]

v=

h_wlot=
=0.048 [m]

h_wyl=
=0.48 [m]

H ≥0.048 [m]+0.48 [m]+0.48 [m]

H ≥1.02 [m]

H_sp=H+h_o

H_sp=1.02 [m]+0.9 [m]=1.92 [m]

Sprawdzenie ciśnieniowej pracy przepustu.

Przepust pracuje ciśnieniowo, gdy spełniony jest warunek:

H_sp ≥1.2D

1.92 ≥1.2∙1.5 [m]=1.8 [m], zatem przepust jest ciśnieniowy.

Wobec spełnienia warunków pracy przepustu przyjęto przepust ciśnieniowy o przekroju kolistym i średnicy D=1.5 [m], o długości L wyznaczonej ze wzoru:

L=[B+2n(h_n-h_p)}sin, gdzie

B-szerokość korony drogi (wg projektu przyjęto 11[m])

n-pochylenie skarp nasypu (przyjęto wg projektu 1:3)

-kąt skrzyżowania osi przepustu z osią drogi (90°)

L=[11[m]+2∙3(3.33[m]-0.6[m])]1=27.4[m]

Wymiary przepustu oraz jego usytuowanie, a także przekrój cieku przedstawia załączony do opracowania rysunek.

4. Odwodnienie wgłębne na odcinku km 2+250.00 do km 1+680.00

4.1. Dane

h_ZWG=-1.80 [m]

grunt podłoża: pospółka

przyjęto S jak dla gruntów dobrze przepuszczalnych S=0.9[m]

W=0.060∙10^-6 [m³/s∙ m²]

k_f=5 [m/d]

założona średnica drenu d=0.20 [m]

4.2. Określenie wymaganego wysokościowego usytuowania ciągu drenarskiego

Nie jest wymagane stosowanie ciągu drenarskiego jeżeli spełniony jest warunek:

h_niw ≥ h_ZWG+S+h_MAX, gdzie

h_niw-względna wysokość niwelety mierzona od poziomu ternu (głębokość wykopu w osi drogi)[m]

h_MAX-maksymalny przyrost poziomu ZWG pod osią drogi

h_niw ≥ -0.9[m]+h_MAX

4.3. Określenie ilości dopływającej wody

Ilość dopływającej do ciągu drenarskiego wody Q oblicza się ze wzoru:

Q=q∙L, gdzie

L-całkowita długość budowli odwadnianej drenami [m]

q-jednostkowy dopływ [m³/s∙ m]

q=W∙B,gdzie

W-współczynnik dopływu jednostkowego (przyjęto W=0.060∙10^-6 [m³/s∙ m²])

B-pomierzona długość z jakiej obywa się spływ wód do drenu [m]

B=2.0 [m]+3∙0.49 [m]+0.4 [m]+3∙2.81 [m]=11.9 [m]

q=11.9 [m]∙ 0.060∙10^-6 [m³/s∙ m²]=0.714∙10^-6 [m³/s∙ m]

Całkowity dopływ do drenu:

Q=0.714∙10^-6 [m³/s/m] ∙450[m]=0.3213∙10^-3 [m³/s]=0.3213 [l/s]

4.4. Wnioski końcowe do odwodnienia wgłębnego

W związku z niewielkim dopływem wody do drenu nie wymaga się odliczenia h_MAX, gdyż projektowany ciąg drenarski przejmie w każdych warunkach dopływającą ilość wody.

Przyjęto h_MAX=0, zatem nie celowe jest stosowanie odwodnienia wgłębnego na całym rozpatrywanym odcinku. Zredukowano długość odcinka odwadnianego wgłębnie do odcinka, na którym nie spełniony jest warunek: h_niw ≥ -0.9[m]+h_MAX, czyli tam gdzie głębokość wykopu mierzona w osi niwelety drogi przekracza 0.9 m.

Po odczytaniu z profilu podłużnego drogi ustalono odcinek odwadniany wgłębnie na km: 2+150.00 do 1+700.00.

9

---