Как определить расчетный расход воды для подбора мостового лотка

В проектной документации для подбора и обоснования сечения водоотводного лотка необходимо осуществить сопоставление его пропускной способности и расчетного расхода дождевой воды. 

 

Этот расчет выполняется согласно СП 32.13330.2018 («СНиП 2.04.03-85 Канализация. Наружные сети и сооружения”) раздел 7 “Поверхностный сток. Расчетные расходы”. Документ действует с 26.06.2019 и заменяет собой предыдущую версию - СП 32.13330.2012.

 

            Вначале кратко раскроем основную расчетную терминологию.

Термин	Обозначение в формулах	Пояснение	Значение для расчетов
Расчетный расход дождевой воды	Qr (Qрасч)	Количество воды, которое должно пройти через расчетный участок лотка	Главный параметр для подбора сечения
Расчет водоотвода моста	-	Общий расчет системы отвода воды с мостового сооружения	Показывает, как связаны площадь стока, уклон, лотки и точки сброса
Площадь водосбора моста		Поверхность, с которой вода поступает в систему водоотвода.	Чем больше площадь, тем больше расход. Как правило делится на расчетные участки.
Расчетная площадь стока	F	Нормативно учитываемая площадь водосбора для данного расчетного участка	Определяется исходя из геометрии поверхности на которой распределяются осадки
Расчетный участок лотка	-	Характерный участок заканчивается расчетным сечением , как правило между точками водосброса или границами изменения уклона	Используется чтобы проверять пропускную способность лотка с учетом его реальной работы
Точка водосброса	-	Место, где вода из лотка отводится дальше: в вертикальную трубу (по опоре), в систему труб канализации или ЛОС	Определяет границы расчетных участков лотка
Интенсивность дождя	q, A, q20 (в зависимости от формулы)	Количество осадков, приходящееся на единицу времени	Чем выше интенсивность, тем больше расчетный расход
Расчетная продолжительность дождя	tr	Время, за которое вода доходит до расчетного сечения	Влияет на расчетную интенсивность дождя
Время поверхностной концентрации	tcon	Время движения воды по покрытию до лотка	Нужно для определения общей продолжительности протекания
Период однократного превышения	P	Условная повторяемость расчетного дождя	Отражает уровень надежности, принимаемый для объекта
Коэффициент стока	W	Показывает, какая часть дождя превращается в поверхностный сток	Учитывает тип покрытия и скорость формирования стока
Коэффициент покрова	Zi	Характеристика поверхности водосбора в расчетах по СП	Используется для учета материала покрытия
Пропускная способность лотка	Qmax (Qлот)	Количество воды, которое может пропустить сечение лотка в единицу	Сравнивается с расчетным расходом
Гидравлический расчет лотка	-	Проверка, способен ли лоток пропустить расчетный расход	Следующий этап после определения расчетного расхода

 

Нормативная логика расчета

 

Принцип расчета опирается на метод предельных интенсивностей. Основной алгоритм расчета можно представить так:

расчетный расход = интенсивность расчетного дождя Х расчетная площадь стока Х коэффициенты, учитывающие характер покрытия и условия формирования стока.

 

Расчетный расход дождевой воды — это расход, который формируется на конкретной площади водосбора и приходит в конкретный расчетный участок лотка.

 

Интенсивность дождя принимают по нормативным параметрам для конкретного района строительства. В СП 32.13330.2018 расчетные расходы дождевых и инфильтрационных вод определяются по приложению Ж. В качестве исходных данных должны быть известны: география объекта, площадь стока, тип покрытия, продольный уклон, длина движения воды до расчетного сечения и схема расположения точек водосброса.

 

Последовательность определения расчетного расхода

 

Шаг 1. Определить расчетную схему водоотвода с делением на расчетные участки.

На первом этапе нужно понять, куда и по какой траектории движется вода на конкретном объекте. Для этого на плане сооружения выделяют:

• зоны покрытия, с которых вода поступает в лоток;
• направление поперечного и продольного уклона;
• точки водосброса;
• границы расчетных участков.

На практике расчетный участок следует принимать в границах, где сохраняется одна логика поступления воды в лоток и один продольный уклон.

 

Шаг 2. Определить расчетную площадь стока

Расчетная площадь стока — это площадь поверхности, с которой вода поступает именно в данный участок лотка. Для мостов это может быть часть проезжей части, тротуар, служебный проход, разделительная зона, зона у бордюра или покрытие на подходах, если оно связано с мостовой системой водоотвода.

 

Шаг 3. Принять климатические параметры дождя

Для района строительства принимают нормативные климатические параметры дождя по СП 32.13330.2018. Базовым параметром является q20 — интенсивность дождя продолжительностью 20 минут при периоде однократного превышения P = 1 год. Дополнительно принимают параметры n, mr и y, которые используются для перехода от базовой характеристики q20 к расчетной интенсивности дождя.

 

Шаг 4. Назначить период однократного превышения расчетной интенсивности

Период однократного превышения - ключевой параметр в гидравлическом расчете, определяющий риск переполнения лотка. Это выраженный в годах вероятный промежуток времени, в течение которого расчетная интенсивность дождя произойдет лишь один раз.

 

Чем существеннее последствия переполнения системы, тем более ответственно нужно подходить к выбору этого параметра. Для мостовых сооружений это особенно важно, поскольку перелив воды может привести не только к локальному подтоплению, но и к обледенению покрытия, увлажнению конструкций, повреждению узлов мостового полотна или попаданию воды на нижележащие дороги и сооружения. Выбранное значение P затем используется вместе с q20 и региональными параметрами для определения расчетного параметра A, входящего в формулу расхода дождевой воды.

 

Шаг 5. Определить расчетную продолжительность дождя

Расчетная продолжительность дождя — это расчетное время, за которое вода от наиболее удаленной точки водосбора доходит до проверяемого сечения лотка. Для мостового лотка это время обычно складывается из двух частей:

 

время движения воды по поверхности мостового полотна до лотка
и
время движения воды по лотку до расчетного сечения.

 

В ОДМ 218.2.057-2015 для мостового полотна время поверхностной концентрации принимается равным 3–5 минут; далее учитывается движение воды по лоткам до расчетного сечения.

 

Этот параметр важен потому, что расчет ведется не для абстрактного дождя, а для конкретного пути движения воды на сооружении. Чем длиннее участок лотка и чем больше время добегания воды до расчетного сечения, тем иначе определяется расчетный приток воды на этом участке. Поэтому расчетную продолжительность протекания необходимо определять отдельно для каждого расчетного участка, особенно если на мосту есть несколько точек водосброса или участки с разными уклонами.

 

Шаг 6. Учесть тип покрытия и коэффициент стока

Не вся выпавшая вода одинаково быстро становится стоком. Асфальтобетонное покрытие, бетон, грунтовые участки, газоны и водонепроницаемые покрытия работают по-разному.

 

Для мостовых сооружений чаще всего речь идет о водонепроницаемых или близких к ним покрытиях. Поэтому коэффициент, характеризующий вид поверхности, обычно оказывает заметное влияние на расчет. В старой и смежной литературе по гидравлике также можно встретить термины коэффициент стока, коэффициент покрова, средний коэффициент стока.

 

Шаг 7. Рассчитать расход для дальнейшего сопоставления его с пропускной способностью сечения лотка

После определения площади стока, климатических параметров, продолжительности протекания и коэффициентов покрытия получают расчетный расход дождевой воды для конкретного участка.

 

Дальше этот расход уже используют на следующем этапе — при проверке сечения лотка. Т.е. фактически лоток должен обеспечить требуемую пропускную способность.

 

Определение максимально возможной длины лотка заданного сечения на объекте

 

На практике, в рамках проектирования системы водоотвода (и выбора сечения) нередко решается задача по оптимизации расположения точек водосброса из лотка. Как правило такая ситуация возникает на протяженных объектах, где важно понимать граничные условия – какая максимальная непрерывная длина лотка заданного сечения (из типовой номенклатуры) возможна. Исходя из этого можно варьировать расположение точек водосброса и тем самым влиять на границы расчетного участка лотка в целях оптимизации сечений. Ведь изготовление нетипового сечения лотка всегда обходится кратно дороже, т.к. несет в себе много сопутствующих технических рисков.

 

Для удобства такого предварительного подбора мы определили значения пропускной способности для сечений лотков типа ЛВ-П по СТО 02476652-002-2016 и свели их в таблицу вместе с основными гидравлическими характеристиками.

 

Наименование	Сечение			Площадь сечения, кв.м.	Смоченный периметр, м	Гидравлический радиус, м	Пропускная способность, л/с
	Размер	Ширина В, мм	Высота Н, мм
ЛВ-П03		300	200	0,0503	0,5712	0,0881	36,82
ЛВ-П03		300	300	0,0885	0,8009	0,1105	135,82
ЛВ-П03		300	400	0,1226	1,0009	0,1225	200,04

 

Использовать это табличное значение пропускной способности стоит только для быстрых прикидочных расчетов. Также важно понимать, что значение указано для минимального рекомендованного продольного уклона лотка на искусственных сооружениях – 0,5%. Т.е. при прочих равных условиях его возможно увеличить, придав лотку дополнительный уклон с помощью системы крепления. В такой адаптивности заключается одно из важных преимуществ применения подвесной системы водоотвода.

 

Специалисты компании Солидтех всегда готовы предоставить вам типовые материалы для проектирования в редактируемом формате для систем водоотвод ЛВ-П по СТО 02476652-002-2016  и осуществить подбор сечения лотка для конкретного моста или путепровода.

 

Какие исходные данные нужны, чтобы осуществить расчет водоотвода и подбор сечения лотка для моста?

 

Как правило, мы запрашиваем следующую информацию:

• Географическое расположение объекта. Для определение расчетных параметров осадков;
• Конструктивная схема моста (общий вид, план и поперечные разрезы по пролетным строениям / опорам) с продольными / поперечными уклонами покрытия и основными геометрическими параметрами. Для применения подвесных систем водоотвода именно поперечные разрезы по опорам часто являются важной информацией, т.к. конструкция опор как правило вносит существенные ограничения по габаритам подмостового пространства для расположения подвесных конструкций. План сооружения, помимо влияния на конфигурацию поперечных уклонов покрытия, также позволяет сделать вывод о необходимости применения специальных изделий при соединении секций лотка.
• Расположение точек сброса и принцип сброса воды с поверхности проезжей части. Важно понимать, что сброс воды в систему водоотвода принципиально может быть организованным и неорганизованным. Для организованного всегда существуют водоотводные устройства, привязка расположения которых является ключевой при проектировании водоотвода. В случае неорганизованного сброс осуществляется по всей длине фасадного торца мостового полотна, что требует принципиально другой конфигурации расположения системы водоотвода и гидроизоляции конструкций.
• Точки приема сточной воды. Это те места, куда система водоотвода будет доставлять воду. Если отвод воды осуществляется в систему канализации либо локальное очистное сооружение – критически важно понимать высотную отметку такого трубопровода (относительно конструкций моста), т.к. продольные уклоны системы водоотвода необходимо увязывать с этой отметкой.

 

В случае, если решения относительно принципа сброса воды с проезжей части и расположения приемных точек не приняты при проектировании – мы всегда готовы вас проконсультировать. В этом случае, необходимо понимать все конструктивные и эксплуатационные ограничения, которые как правило сводятся к основным вопросам:

 

- понимание особенностей препятствия, которое пересекает мост или путепровод и его основные параметры (что находится под искусственным сооружением и какие последствия может вызвать расположение точки водосброса в тои или ином месте?);

- возможность безопасной и регулярной эксплуатации точки сброса воды как части системы водоотвода, которая всегда требует регулярной ревизии и эксплуатационных мероприятий.