Министерство  транспорта РФ

   Новосибирская государственная  академия

                           водного транспорта

                      Кафедра Водных путей, гидравлики

                                                и гидроэкологии 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Пояснительная записка

    К курсовому проекту  по дисциплине ''Водные пути''

    Часть 1

    ''Дноуглубительные  работы и навигационное  оборудование

    внутренних  водных путей'' 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                                     Выполнил:  ст-т гр. ГТ-5

                                                          Кайгородов А.Г.

                                                                             Проверил: Обращев И. А. 
 
 
 
 
 
 

Новосибирск 2011г.

    1.Выбор  трассы прорезей, обоснование их  положения 

    и способов разработки. 

1. Описание  участка реки.

    Данный  участок реки  является затруднительным  для судоходства. Остров делит поток на два рукава, образуя одиночное двухузловое разветвление.

    Гарантированная глубина 1,7 м. Максимальная глубина  5 м. По обеим, берегам имеются реперы. На правом Rp-1, на левом Rp-2. Сильных изменений на участке по данным сопоставленных планов не происходит. Намывы происходят как на левом так и на правом берегах. По оси судового хода располагаются два переката . Верхний образован по причине сужения  русла и намыва данного берега. Нижний образован в правом  рукаве по причине уменьшения скорости, в связи с делением потока на рукава и отложением наносов. Дно верхнего переката - песчаное, дно нижнего переката - глинистое.. Далее по течению находится остров размерами 2650х450 м, который делит русло на 2 рукава.

2. Трассирование судоходных прорезей.

    На  плане съёмки с учётом выполненного анализа русловых деформаций наносим судоходные прорези.  На нашем участке их два. Причём на верхнем перекате грунты песчаные, а на нижнем - глинистые. Верхний перекат разрабатывает землесос. Отвалы от верхней и нижней прорезей следует располагать с левой стороны вдоль разрабатываемой прорези. Нижний перекат разрабатывает многочерпаковый снаряд. Прорези обозначаются поперечными и продольными створами. 

3. Подсчёт объёмов дноуглубительных работ.

    При определении полного объёма грунта извлекаемого из прорези необходимо учитывать запас на переуглубление. Для многочерпакового снаряда запас равен 0,3м. Для землесоса.

    S=bг∙Lпр , м²    где 

    bг – гарантированная ширина судового хода,м;

    Lпр – длина прорези, м. 

    S=70 ∙900=63000 м² -песчаная прорезь.

    S=70 ∙750=528700 м² -глиняная прорезь. 

    Запас на неровность выработки многочерпаковым  земснарядом принимаем равным 0,2 м, а для землесосного снаряда  при траншейном способе его работы: 

                                                             где

    b_mp-ширина траншеи равная приблизительно ширине корпуса;

    m_y-коэффициент установившегося песчаного грунта (2,5-3,5).

    Средняя толщина полезного снимаемого слоя

                                                      где:

    h_сл.i=Т_г-Т_ф.i- толщина полезного снимаемого слоя в точке;

    Т_г – гарантированная глубина, м;

    Т_ф.i-фактические глубины в точках, определяемые по изобатам, пересекающим ось прорези

    n- количество точек

                                  - песчаная и глиняная  прорезь  

       Полезный объем грунта:

                                                               ; где

    S- площадь прорези, м²

    h_n- средняя толщина полезного снимаемого слоя грунта, м 

    Объем извлекаемого грунта на неровность выработки (переуглубление) определяется:

                                                                , где

    S- площадь прорези, м²

     - запас на неровность выроботки,  м . 

    Добавочный  объем на корытообразность переката 

    К_кор- коэффициент отражающий увеличение толщины снимаемого слоя из за корытообразного переката. 

    Объемы  работ на оползание откосов на кромках прорези 

    m_y-заложение установившегося откоса (3,0).

    h_n – толщина полезного снимаемого слоя, м

    L_пр – длина прорези, м 

    Полный  объем грунта:

          1.4 Определение длительности  подготовительного  периода.

    Длительность  подготовительного периода определяется с помощью расчётного графика спада уровней. Этот период определяется относительно отдельно для многочерпакового снаряда и землесоса.

    Уровень начала подготовительного периода  Ннпп определяются по формуле. 

    Ннпп= Ноп-(Тг+hз)+Нпр. 

    Hоп- максимальная глубина опускания черпаковой рамы или сосуна м. Для земснаряда -Hоп =5,0м, для землесоса- Ноп =8,0м;

    Тг  –гарантированная глубина;

    hз- запас на неровность выработки для многочерпаковых снарядов равный 0,2м;

         Нпр – отметка проектного уровня  над ''0'' графика опорного гидропоста;

    Для землесосных снарядов величина hз определяются зависимостью: 

    hз=Hc-hп,

         где   Hc- величина заглубления землесоса, м;

    hп- толщина полезно снимаемого слоя грунта, hп =0,7м;

    В свою очередь,  Нс определяем по формуле: 

    bн-ширина приёмного отверстия сосуна, bн =1,0м;

    bтр- ширина траншеи, bтр =10м;

    m_м-заложение мгновенного откоса, m_м =1,5;  

    Нс=

    hз=2,9-0,7=2,2м.

    Для землесоса: 

    Hнпп=8-(1,7+2,2)=4,1м  (6,06)

    Для земснаряда: 

    Ннпп=5,0-(1,7+0,2)=2,6м  (20,06) 

    Окончание подготовительного периода

    Н_кпм=0,5м (23.07) 

    Длительность  в сутках:

    Землесос: НПП -6.06, КПП-23.07 , 48 дней;

    Земснаряд: НПП-20.06, КПП-23.07, 33дня 
 
 
 
 
 
 
 

    2. Гидравлические расчёты. 

    2.1 Расчёт плана течения  по методу М.А.  Великанова

    Расчёт  проводится в следующем порядке: 

1. На плане  переката последнего года намечаются поперечные сечения, расположенные нормально течению, на подходе к перекату, в наиболее глубокой части верхней плёсовой лощины, на выходе из переката, в нижней плёсовой лощины, на выходе из переката, в нижней плёсовой лощине, в начале и конце прорези, и 2 сечения в пределах прорези.
2. По каждому из сечений строятся поперечные профили с учётом прорези отвала грунта.
3. По кривой расходов Q=f(H) определяется расчётный расход воды Qр, соответствующий расчётному уровню.
4. Расход воды в сечении выражается равенством.

         Где I – продольный уклон;

    n-коэф шероховатости;

    Tср- средняя глубина в сечении, м;

    Вср-ширина реки.

    Обозначив , получим

    Интегрирование  заменяем суммированием по участкам элементарной величины ∆b.Тогда Qр= ε₁·S Tcр^3/5·dB, а частный расход ∆Q= ε₁· Tcр^3/5·∆B

5. Поперечный профиль с прорезью и отвалами разбивается на ряд участков в зависимости от рельефа дна. И определяется

ε₁= Qр/S Tcр^3/5·∆B

6. Строится интегральная кривая расхода. Задаёмся 6-ю равнорасходными струями.

2.2 Расчёт прорези  на заносимость.  Качественная и  количественная оценки  устойчивости прорези от заносимости наносами.

1. Величина неразмывающей скорости определяется по формуле В.Н.Гончарова

    Vнр=3,0·(dср+0,0014)^0,3·(φ·Тстр)^0,2 

    Где dср – средний диаметр частиц в пределах струи по кривой гранулометрического состава, dср =0,0011м.

    φ=dcр/d₉₀ – коэффицент неоднородности грунта, изменяющийся для равнинных рек,

      φ = 0,5.

    d₉₀- диаметр частиц грунта с 90% обеспеченностью.

    Тстр  – средняя глубина струи, м. 

    Тстр= ω_стр/b_стр

    Где ω_стр -площадь струи в поперечном сечении ,располагающаяся между границами струи, дном и расчётным уровнем воды.м².

      b_стр – ширина струи ,м. 

    2.Определяется величина размывающей скорости

    Vр=1,3·Vнр 

    3.Вычиляется  средняя скорость струи Vстр 

    Vcтр=Qр/ b_стр  м²/с.

    Qстр=Qр/m, m=6.(кол-во струй в плане.)

    Для количественной оценки устойчивости прорези  необходимо вычислить начальные скорости деформации дна переката для каждой струи, проходящей по прорези, соблюдая нижеприведённый порядок расчёта.

1. В каждом сечении струи вычисляется значение влекомых наносов по формуле.

    Qт = 0,015·(Vстр/Vнр)³·dcр·(Vcтр-Vнр)·bстр. 

2. Определяется  приращения расхода влекомых наносов  на каждом участке между двумя смежными сечениями.

                                                   ∆Qт=Qт_i –Qт_i+1

           где i- номер граничного сечения по длине прорези и по течению. 

3. Основываясь на уравнении деформаций, рассчитывается начальная скорость деформаций между сечениями.

    ε_нач=(86400/1-ε)·(∆Qт/Ω), м/cут.

    86400- число секунд в сутках,

    ε-коэфиицент пористости грунта (для песка равен 0,35)

    Ω=bср·lстр

    Ω- площадь струи между сечениями, м²

    bср-средняя ширина струи на участке между сечениями, м.                               

    lcтр- расстояние между сечениями.

    bср=(b1+b2)/2.

    b1- ширина струи в верхнем сечении.

    b2- то же в нижнем сечении.

Расчёт  сводим в табличную форму см. табл. 2.1 для двух струй(1-ой,2-ой) проходящих в пределах прорези. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Таблица 2.1.

    Струя 1. 

Струя 2. 

    2.3 Расчет понижения уровня воды в результате разработки прорези.

    При устройстве прорези, вследствие изменения  гидравлических элементов потока (уклоны, скорости) и увеличения живого сечения на величину площади поперечного сечения прорези, происходит понижения уровня на некоторую величину DН и поэтому, при прорезях значительных размеров, а также на криволинейных участках и при больших уклонах реки, это понижение уменьшает глубину прорези на величину DН.

    В качестве расчетного сечения принимается  поперечный профиль, находящийся как можно ближе к середине прорези.

    Понижение  DН можно приближенно определить по приращению живого сечения.

    До  работы средняя глубина в сечении:

    После работы площадь живого сечения, с  учетом прорези и снижения уровня, будет

    Получим исходное выражение по определению понижения уровня DН, м:

    На  основе задания или справочных данных принимаем значение коэффициента шероховатости n рассматриваемого участка реки, либо определяем его по формуле Маккавеева-Караушева

    Бытовой уклон I=(ξ n)²=0,0000725 

    Значение  ∆H определяется и выражения 

    ∆H₀=I∙L_пр=0,0952 м. 

    Для определения ∆H используем следующую зависимость 

    При ∆H =0,25   1=1,43

    ∆H=0,2              1=1 

    Это уравнение решается графическим  методом, для чего задаемся 3-4 значениями ∆H и подставляем их в левую часть формулы. 
 

    3.Технология  производства работ. 

1. Определение рабочего режима и  расчётной производительности земснаряда.

    Для землесосного снаряда расчетная  производительность по грунтопроводу определяется путём расчёта рабочих режимов.

    Землесос  представляет собой систему трёх рабочих органов: трубопровода, насоса и двигателя. Совместная их работа может  быть определена с учетом следующих условий:

1. Расход пульпы (воды), проходящей через насос должен быть равен расходу по трубопроводу, т.е.

    Qн=Qтр 

2. Напор, создаваемый  насосом, полностью потребляется трубопроводом  при преодолении пульпой (водой) его сопротивления и подъёме  пульпы (воды), т.е.

Нн =Нтр 

    3.Для  работы насоса, создающего напор  Nн, при расходе пульпы Q потребляемая мощность Nн, которая должна обеспечиваться двигателем, т.е. 
 

    Nн=Nдв 

4. Скорость  движения пульпы должна быть не меньше критической, при которой все частицы грунта находятся во взвешенном состоянии

    V_см= Vкр 

    Расчёт  по определению рабочих режимов  землесоса выполняется графоаналитическим способом, для чего используют характеристики насоса Нн=f(Q,n) (n- кол-во оборотов двигателя.); мощности двигателя Nдв=f(Q,n) потерь напора в напорной части трубопровода Ннап=f(Q), вакуумного насоса во всасывающей части трубопровода.

    По  этим характеристикам определяется рабочий режим работы землесоса  на воде. 

Консистенция  гидросмеси S, определяемая формулой 

    S=0,61(ρcм/ρ-1) 

Определяем  значение критической скорости Vкр по формуле Н.А. Силина

    g- ускорение силы тяжести;

    D- диаметр рефулера, м;

    d- заданный диаметр частиц грунта, м;

           ω₀- гидравлическая крупность частиц грунта диаметром d;

    ∆-высота выступов шероховатости трубы рефулера, м 

    .Определяем коэффициент увеличения потерь энергии по длине рефулера при переходе с воды на смесь β>1 

    Определяем  секундный расход воды Q м³/с по формуле