Zasady projektowania akweduktów i akweduktów
Przeczytaj ten artykuł, aby poznać zasady projektowania akweduktów i akweduktów syfonowych.
Zasady projektowania akweduktu:
(i) Szacowanie projektu (maksymalne) Powodziowe odprowadzanie odcieku:
Odpływ może być mały lub podobny do rzeki. We wszystkich przypadkach należy wcześniej uzyskać prawidłową ocenę maksymalnej powodzi lub maksymalnego przepływu ścieków.
(ii) Wymaganie dotyczące drogi wodnej dla odrzutu:
Równanie obwodowe Lacey'ego stanowi dobrą podstawę do obliczenia drogi wodnej odwadniającej. Równanie to
P w = 4, 825 P 1/2
Gdzie Pw jest to droga wodna, którą należy zapewnić dla odpływu w miejscu w metrach. Q to odpływ z odpływu w m 3 / sek. Ponieważ pomosty zmniejszają faktyczną dostępną drogę wodną, długość między przyczółkami ( Pw ) może zostać zwiększona o 20%. Kiedy droga wodna jest ustalona z równania reżimowego Lacey'ego, warunki reżimu w odpływie przed i za strukturą nie są zakłócone w znaczący sposób. Ograniczenie wody drenażowej do pożądanych brzegów prowadnic wodnych może być skonstruowane.
(iii) Prędkość przepływu przez beczkę:
Prędkość przepływu przez lufę może wynosić od 1, 8 m / s do 3 m / s. Powodem wyboru tego zakresu jest to, że niższe prędkości mogą powodować zamulenie w beczkach. Natomiast gdy prędkość jest większa niż 3 m / s, obciążenie złoża może powodować ścieranie dna bębna, a następnie może zostać uszkodzone.
(iv) Wysokość otwarcia:
Po ustaleniu prędkości i natężenia przepływu wody można łatwo uzyskać głębokość przepływu. Pomiędzy HFL i dnem koryta powinno znajdować się wystarczające prześwicie lub prześwit. Prześwit wynoszący 1 m lub połowę wysokości przepustu, w zależności od tego, która wartość jest mniejsza, byłaby wystarczająca. Stąd Wysokość otwarcia = Głębokość przepływu + Wyprzedzanie lub przejście.
(v) Liczba przęseł:
Po określeniu całkowitej długości akweduktu między przyczółkami liczba przęseł, które mają być dostarczone, może zostać ustalona na podstawie następujących dwóch uwag:
ja. Wymagana wytrzymałość strukturalna, oraz
ii. Rozważanie ekonomiczne.
Na przykład, gdy używane są łuki, liczba przęseł, które mają być dostarczone, może być większa. Gdy koszt budowy w fundamencie jest dość wysoki, należy przyjąć niewielką liczbę przęseł, a następnie zastosować dźwigary RCC.
(vi) Kanał wodny:
Ogólnie przyjmuje się, że współczynnik opróżniania wynosi 1/2. Stosunek ten przyjmuje się w taki sposób, że prędkość przepływu w rynnie nie przekracza krytycznej granicy prędkości. Zasadniczo prędkość przepływu nie powinna przekraczać 3 m / s. Ten środek ostrożności jest podejmowany w celu uniknięcia możliwości powstania skoku hydraulicznego. Oczywistym powodem jest to, że podczas skoku hydraulicznego formuje on energię. W procesie tym tracona jest cenna głowa i powstają duże naprężenia w strukturze.
(vii) Długość skurczenia lub przejścia podejścia:
Gdy szerokość w gardle jest ustalona, długość skurczu można ustalić po znajomości współczynnika zbieżności. Współczynnik zbieżności przyjmuje się zwykle jako 2: 1 (poziomy: boczny), tj. Nie jest większy niż 30 °.
(viii) Długość okresu przejściowego rozszerzenia lub odejścia:
Długość ekspansji po stronie wylotowej akweduktu można ustalić po znajomości współczynnika rozszerzalności. Współczynnik rozszerzalności przyjmuje się zwykle jako 3: 1 (poziomy: boczny), tj. Nie jest bardziej stromy niż 22, 5 °. Aby utrzymać opływowy przepływ, a także zmniejszyć utratę głowy, przejścia zwykle składają się z zakrzywionych i poszerzonych ścianek bocznych.
Projekt przejścia może zostać opracowany przy użyciu jednej z następujących trzech metod:
ja. Metoda Hind;
ii. Metoda hiperbolicznego przejścia Mitry;
iii. Pół-sześcienna metoda parabolicznego przejścia Chaturvediego.
Można zauważyć, że podczas gdy metoda Hind może być stosowana, gdy głębokość wody w normalnym przekroju i w palonej rynnie również się zmienia, pozostałe dwie metody mogą być stosowane tylko wtedy, gdy głębokość wody pozostaje stała w normalnej sekcji kanału, jak również sekcji koryta .
(ix) Połączenia bankowe:
Akwedukt wymaga czterech zestawów ściany skrzydłowej (dwa dla kanału i dwa dla dram (ryc. 19.24).
Ściany boczne kanału po stronie dolnego i górnego kanału akweduktu chronią i zatrzymują ziemię w kanałach. Podstawa ścian kanału nie powinna być pozostawiona w obwałowanej ziemi. Ściany boczne powinny opierać się na podłożu dźwiękowym w naturalnym podłożu. W przejściach zbocza boczne sekcji naturalnej (zazwyczaj 11/2: 1) są wypaczone, aby dopasować się do kształtu (ogólnie pionowego) koryta nad odpływem.
Ściany boczne drenażu są umieszczone na przedniej i tylnej stronie cylindra, aby chronić i zachować naturalne strony drenażu. Gdy dno odpływu zostanie oczyszczone podczas powodzi, ściany skrzyni drenażu powinny być głęboko włożone do fundamentu poniżej maksymalnej głębokości przeszukiwania. Ściany boczne powinny być wystarczająco odsunięte do góry krawędzi prowadzących. Ściany boczne powinny być zaprojektowane w sposób umożliwiający płynne wejście i wyjście z przepływu w odpływie.
Metoda Hind do projektowania przejścia:
Ta metoda opiera się na założeniu, że występuje minimalna utrata głowy, przepływ jest usprawniony, a normalne warunki przepływu w kanale zostają przywrócone, zanim wyładowania kanałowe zostaną przekazane do części ziemnych bezpośrednio po zakrzywionych i rozszerzonych przejściach.
Na rys. 19.25 pokazano przejście skurczowe lub zbliżeniowe, część przewężenia i przesunięcie ekspansji lub odjazdu. Można zauważyć, że sekcje 1-1, 2-2, 3-3 i 4-4 wskazują odpowiednio początek skurczu, koniec skurczenia, początek ekspansji i koniec ekspansji.
Tak więc zmiana skurczu lub podejścia leży między sekcjami 1 i 2, gardło pomiędzy sekcjami 2 i 3 oraz przejście rozszerzania lub odejścia pomiędzy sekcjami 3 i 4. W punkcie 1 i poza sekcją 4 kanał przepływa w swoich normalnych warunkach, a zatem parametry kanału w te dwa punkty są równe i już znane. Tak więc warunki przepływu i parametry kanału są takie same w sekcjach od 2 do 3, które reprezentują część gardła lub koryta.
Procedura projektowania może być opisana w następujący sposób:
Niech D i F z odpowiednimi indeksami dolnymi odnoszą się do głębokości i prędkości w czterech sekcjach. Ponieważ poziomy i wymiary kanałów są już znane w rozdziale 4-4:
Krok 1: TEL na przekroju 4-4 = podniesienie powierzchni wody + V 2 4 / 2g
gdzie podwyższenie powierzchni wody w sek. 4-4 = Poziom łóżka + D 4
(Pamiętaj, że TEL jest skrótem od całkowitej linii energetycznej)
Krok 2: TEL w sec. 3-3 = (TEL w sekundach 4-4) + (utrata energii między sekcjami 3 i 4) Strata energii pomiędzy sekcjami 3-3 i 4-4 następuje z powodu rozszerzania linii strumienia, a także z powodu tarcia. Zaniedbanie straty z powodu tarcia, które jest małe i przynosi stratę z powodu rozszerzenia
Krok 5:
Jak wspomniano w pierwszych czterech krokach, poziom złoża, poziom powierzchni wody i poziom całkowitej linii energetycznej można określić w czterech sekcjach.
Teraz linia TE, linia powierzchni wody i linia łoża mogą zostać narysowane w następujący sposób:
(a) Teraz można pobrać całą linię energetyczną, łącząc te punkty w czterech sekcjach za pomocą linii prostej.
(b) Linię łoża można również narysować jako linie proste między sąsiednimi sekcjami, jeżeli spadek lub wzrost poziomu podłoża jest niewielki. Rogi należy zaokrąglić. W przypadku, gdy spadek linii podłoża jest znaczący, linie podłoża powinny być połączone z gładką styczną krzywą odwrotną.
(c) Jest teraz jasne, że pomiędzy dowolnymi dwiema kolejnymi sekcjami może spaść spadek poziomu powierzchni wody z powodu (i) spadku linii TE między dwiema sekcjami; (ii) wzrost prędkości głowy w skurczu; i (iii) zmniejszenie prędkości głowicy podczas ekspansji.
Ten spadek powierzchni wody zostaje wynegocjowany przez dwie paraboliczne krzywe. Jak pokazano na rys. 19, 26 i 19, 27 dla skurczu (przejście podejścia) i rozszerzania (przejście odejścia) uzyskuje się za pomocą wypukłej krzywej w górę, po której następuje wklęsła krzywa w górę w poprzedniej przejściowej i wklęsłej krzywej w górę, po której następuje wypukła krzywa w górę w drugim przejściu.
Można to zobaczyć na podstawie fig. 19, 26 i 19, 27
L = Długość przejścia (skurcz lub odejście) = 2x 1 i
2y 1 = Całkowity spadek lub wzrost powierzchni wody. Punkt m jest punktem środkowym długości przejścia i znajduje się tak, aby równomiernie rozdzielić całkowity spadek i długość.
Biorąc powierzchnię wody w punkcie przekroju jako równanie pochodzenia paraboli, podaje ją
y = cx 2
Zastępując znane wartości y 1 i x 1
c = y 1 / x 2
Przy tej wartości c paraboliczne krzywe powierzchni wody można narysować rozpoczynając od punktów przekroju, które reprezentują pochodzenie.
Równanie, które ma zostać użyte do kreślenia, zostało teraz zredukowane do
y = (y 1 / x 1 2 ). x 2
W ten sposób można wykreślić profil powierzchni wody.
Krok 6: Prędkość i obszar przepływu w różnych punktach można uzyskać
(i) Głowicę prędkości w dowolnym punkcie określa różnica między TEL a powierzchnią wody.
Głowica prędkości h v = TEL - linia WS
Również = h v = v 2 / 2g
Więc prędkość (V) w każdym punkcie = √2g.h v
(ii) Obszar przepływu w dowolnym punkcie można teraz uzyskać za pomocą prostej formuły
A = Q / V
Przy znanych wartościach A i D można obliczać inne wymiary trapezoidalnego kanału za pomocą wzoru
A = BD + SD 2
gdzie B to szerokość złoża, a S: 1, tj. (H: V) to nachylenie boczne.
W przypadku rozszerzanych ścian bocznych zbocza boczne są stopniowo obniżane do pionu od początkowego nachylenia. Wartość nachylenia bocznego w dowolnej sekcji pośredniej w długości przejścia może być interpolowana proporcjonalnie do długości przejścia osiągniętego do tego punktu.
Metoda hiperbolicznego przejścia Mitry :
Ta metoda opiera się na zasadzie, że :
ja. Wraz ze zrzutem głębokość przepływu w kanale jest również stała; i
ii. Szybkość zmiany prędkości na jednostkę długości przejścia jest stała na całej długości przejścia.
Z ryc. 19.25 można zauważyć, że:
B 0 = normalna szerokość koryta kanału;
B t = szerokość łóżka w gardle lub niecce;
B x = szerokość w dowolnej odległości x od krańca koryta;
i L = całkowita długość przejścia.
Semi-sześcienna paraboliczna metoda przejścia Chaturvediego:
Stwierdza, że (Patrz rys. 19.25 dla notacji)
Zasady projektowania akweduktu syfonu:
Oczywiste jest, że akwedukt syfonowy zasadniczo różni się od zwykłych akweduktów. Ponieważ takie kryteria projektowania akweduktów nie są wystarczające w projektowaniu akweduktów syfonu.
Oprócz powyższych rozważań podczas projektowania syfonów akweduktowych należy przyjąć następujące kryteria:
(i) Rozładowanie za pomocą syfonu:
Głowica, która powoduje przepływ (reprezentuje również utratę głowy w beczce) przez odwrócony cylinder syfonu, można uzyskać z wzoru Unwina
gdzie h jest strumieniem powodującym przepływ, to także utrata głowy w beczce wm.
L to długość beczki wm.
R oznacza średni hydrauliczny promień lufy wm.
V jest prędkością przepływu przez lufę wm / s.
V a to prędkość podejścia wm / s, jest ogólnie zaniedbana.
f 1 to współczynnik utraty głowy przy wejściu i ogólnie przyjęty jako 0, 505.
f 2 jest współczynnikiem, który odpowiada za tarcie w beczce.
gdzie aib są stałymi.
Poniższa tabela 19.2 podaje wartości a i b dla różnych powierzchni:
Prędkość przepływu przez lufę zasadniczo ograniczona do 2 do 3 m / s.
Zatem, ponieważ wszystkie wartości są znane, można obliczyć stratę głowy w beczce lub w głowicy powodującej przepływ. Ta wartość dodana do wysokiego poziomu powodziowego (HFL) na d / s akweduktu daje u / s HFL.
Dodając darmową tablicę do U / s HFL, możemy uzyskać górną część ochrony rzeki, na przykład obramowania prowadzące i obrzeża brzegowe.
(ii) Ciśnienie podniesienia na dachu beczki:
Gdy beczka pracuje podczas zalewu, istnieje dodatnie ciśnienie w beczce. Ze względu na dodatnie ciśnienie w lufie dach jest poddawany ciśnieniu podnoszenia. Wykres ciśnienia wypiętrzającego dachu może być narysowany znając ciśnienie głowicy po stronie u / s i d / s tulei.
Głowica ciśnieniowa po stronie d / s lufy jest równa wysokości poziomu wody nad dnem dachu. Głowicę ciśnieniową po stronie u / s można uzyskać przez dodanie straty głowicy w cylindrze do głowicy ciśnieniowej po stronie d / s. Utratę głowy można uzyskać z formuły Unwina. Rysunek 19.28 pokazuje profil linii gradientu hydraulicznego, który może istnieć. Można zauważyć, że maksymalne ciśnienie uniesienia występuje na końcu u / s daszka lufy.
Przy projektowaniu koryta należy wziąć pod uwagę dwa ekstremalne warunki, a mianowicie:
ja. Podczas zalewania beczka jest pełna, aw kanale nie ma wody. Ten stan zapewnia maksymalne ciśnienie unoszenia działające na koryto.
ii. Korytko przechodzi pełne rozładowanie, ale lufa nie jest pełna, a zatem nie ma wyporu na dachu lufy.
W celu ograniczenia grubości koryta wskazane jest wykonanie zbrojenia z dachem żelbetowym ze wzmocnieniem u dołu, aby przejąć obciążenie koryta kanału i wzmocnienie u góry, aby wytrzymać nacisk wzniosu przez zginanie.
(iii) Nacisk na podniesienie podłogi beczki:
W przeciwieństwie do innych konstrukcji hydraulicznych akwedukty są poddawane dwóm różnym typom ciśnień podnoszących z dwóch różnych źródeł. Są to następujące:
(a) Statyczny wzrost ciśnienia spowodowany wzrostem w wodzie:
Stół wodny wielokrotnie podnosi się do poziomu dna odpływu. Szczególnie w przypadku akweduktu syfonu, którego dno podłogowe jest wciśnięte poniżej dna odpływu, statyczne ciśnienie unoszenia działa na dno podłogi. Ciśnienie wyporu jest równe różnicy poziomu dna odpływu i poziomu podłogi beczki.
(b) Ciśnienie wzniosu z powodu przesączania się wody kanalizacyjnej do odcieku:
Ponieważ istnieje różnica poziomów między poziomem wody w kanale a poziomem wody odpływowej, przepływ ścieków następuje tam, gdzie warunki są korzystne. Ta temperatura przesączania jest maksymalna, gdy kanał pracuje z pełną wydajnością i nie ma przepływu w drenie poniżej. Jak pokazano na ryc. 19.29, przepływ przesączu w tym przypadku nie jest prosty, ale wzorzec przepływu jest wszędzie trójwymiarowy. Strumień przesączania zaczyna się od obu stron nieprzepuszczalnego koryta kanału i pojawia się ponownie po obu stronach nieprzepuszczalnej dna bębna w odpływie.
Ponieważ nie jest możliwe przybliżenie do przepływu dwuwymiarowego, teorii Khosli nie można zastosować ściśle. Rozwiązanie dzięki skomplikowanej "metodzie relaksacji" jest możliwe, ale jest zbyt pracochłonne. Do celów projektowych można zastosować zasadę teorii pełzania opisaną przez Bligha. W przypadku większych prac konieczne jest jednak sprawdzenie wyników wstępnego projektu uzyskanego w badaniach modelowych.
Nawiązując do Rys. 19.29.
Biorąc przypadek pierwszej beczki, w której przesiąknięcie będzie maksymalne, całkowita długość pełzania - (długość pełzania ab) + (długość pełzania bc)
L = L 1 + L 2
Całkowita głowica przesiąkająca = kanał FSL - dna z dnem spustowym = H s
Resztkowa głowa przesiąkania przy b = -H s / L x L 2
Całkowitą resztkową głowicę przesiewającą w punkcie b można uznać za projektującą grubość całej podłogi wszystkich beczek.
Grubość podłogi lufy jest w rzeczywistości projektowana z uwzględnieniem całkowitego ciśnienia unoszenia wytworzonego przez statyczne warunki wypiętrzenia i przepływ przesączania kanału wspomniany powyżej.
Aby ograniczyć grubość podłogi, można zastosować konstrukcję RCC, ponieważ wówczas część ciśnienia jest oparta na ciężarze podłogi i pozostająca na skutek wytrzymałości na zginanie podłogi. W takim układzie nacisk zostaje przeniesiony na pomosty i jest odporny na cały ciężar nadbudowy.
Gdy okaże się, że ciśnienie unoszenia jest bardzo wysokie, można je zmniejszyć, zapewniając odpowiednie osłony zabezpieczające.
Oni są:
(a) Zwiększyć długość nieprzepuszczalnej podłogi kanału, aby zwiększyć długość pełzania;
(b) Zapewnić otwory drenażowe lub otwory reliefowe w dnie bębna w połączeniu z odwróconym filtrem pod podłogą. Aby uniknąć zadławienia otworów upustowych i filtra pod próg odpływu, otwory powinny być wyposażone w klapy.
