Przepust hydrauliczny (WR-M-12)

Przepływ

Przepływ miarodajny Q_m (p = 1%, pkt 4.4(2))

m³/s

Woda przed przepustem

Sposób podania

Napełnienie przed przepustem h₁

Mierzone od dna przepustu na wlocie.

Woda za przepustem

Sposób podania

Napełnienie za przepustem h_m

Mierzone od dna koryta poniżej wylotu; H₂ = h_m − p.

Dane obliczeniowe

Kierunek obliczeń

Przepływ Q

m³/s

Napełnienie h

Przewód przepustu

Kształt przewodu

Średnica D

Szerokość b

Wysokość h

Spadek dna i_p

Długość L_p

Szorstkość przewodu n_p Przy zamuleniu dna — zastępcza n_pz wg wzoru (6.1.3).

n_p

s/m^1/3

Wlot do przepustu — ζ_wl (6.1(5))

Uskok dna na wylocie p

Liczba otworów n

Współczynnik Coriolisa α

Koryto cieku (trapezowe)

Przy zadanych napełnieniach przekrój koryta służy tylko do prędkości dopływu v₁.

Szerokość dna b

Nachylenie skarp 1:m

Woda dolna (głębokość h_m poniżej przepustu)

Szorstkość koryta n

s/m^1/3

Spadek cieku i

Uwzględnij prędkość dopływu v₁ (wzory typów 1–3)

Poziom wody przed przepustem

Rzędna dna przepustu na wlocie (opcjonalnie)

m n.p.m.

Ograniczenie spiętrzenia

Dopuszczalna rzędna wody spiętrzonej

m n.p.m.

Woda nie może wystąpić z brzegów koryta ani zalać terenów chronionych (4.12(12)).

Dopuszczalna głębokość h₁ (nad dnem wlotu)

Wymagania konstrukcyjne (4.12)

Klasa drogi — wymiary minimalne przewodu

Przy swobodnym zwierciadle: napełnienie ≤ 75% i rezerwa ≥ 0,25 m (4.12(17)) Wymagaj niezatopionego wlotu (kłody, potoki górskie — 4.12(18), 4.11(5))

Profil podłużny (skala pionowa zachowana)

H₁ — napełnienie przed wlotem mierzone od dna wylotu, H₂ — woda dolna, z = i_p·L_p. Linia czerwona — dopuszczalny poziom.

Wyciąg z WR-M-12

6.2.8 — typy pracy przepustu

Typ	Warunki	Kontrola
1	(H₁−z)/h_p ≤ 1,2; H₂ < h_kr; h_n < h_kr	wlot
2	(H₁−z)/h_p ≤ 1,2; H₂ < h_kr; h_n > h_kr	wylot
3	(H₁−z)/h_p ≤ 1,2; H₂ > h_kr; h_n > h_kr	wylot
4	(H₁−z)/h_p > 1,2; H₂ > h_p	wylot
5	(H₁−z)/h_p > 1,2; H₂ < h_p; i_p < i_t	wylot
6	(H₁−z)/h_p > 1,2; H₂ < h_p; i_p > i_t	wlot

Rys. 6.2.8.1 i tab. 6.2.8.1. Przy H₂ ≥ h_kr i h_n ≤ h_kr schemat zwraca „błąd”.

6.2 — wydatek przepustu dla typów 1–6

1: Q = μF_kr√[2g(H₁ − z + v₁²/2g − h_kr)]

2: Q = μF_kr√[2g(H₁ + v₁²/2g − h_kr − h_L)]

3: Q = μF_p√[2g(H₁ + v₁²/2g − H₂ − h_L)]

4: Q = μF_p√[2g(H₁ − H₂) / (1 + 2gμ²n_p²L_p/R_h^4/3)]

5: Q = μF_p√[2g(H₁ − h_p) / (1 + 2gμ²n_p²L_p/R_h^4/3)]

6: Q = μF_p√[2g(H₁ − z)]

μ = √[1/(1+ζ_wl)], h_L = n_p²L_pv²/R_h^4/3, i_t = [Q_mn_p/(F_pR_h^2/3)]². Dla typu 3 — tak jak w arkuszu do pkt 6.4 — pole liczone jest przy napełnieniu H₂.

Zgodność z arkuszem do pkt 6.4

Wyniki dla przykładów z arkuszy „Typ 1”–„Typ 6” są zgodne z dokładnością do 1 mm, z jednym wyjątkiem: w arkuszu „Typ 1” we wzorze na wydatek pominięto składnik −z, który występuje we wzorze (6.2.2.1) wytycznych. Kalkulator stosuje wzór z wytycznych, dlatego dla typu 1 daje H₁ większe dokładnie o z = i_p·L_p (wynik bezpieczniejszy). W arkuszu „Typ 4” spadek i_t liczony jest ze spadkiem zamiast szorstkości — kalkulator używa n_p zgodnie ze wzorem (6.2.6.2).

6.2.1 — zasady wymiarowania

(4) Nie zaleca się stosowania przepustów, dla których (H₁ − z) > 1,2h_p i jednocześnie H₂ > 1,25h_kr.

(5) Dla przepustu wielootworowego przepływ obliczeniowy jednego otworu Q = 1,5Q_m/n.

(6) Na potokach z ruchem rwącym przepust projektuje się tak, aby na dopływie, w przewodzie i na początku odpływu zachowany był ruch rwący, bez odskoku.

4.12 — wymagania dla przepustów

spadek dna nie mniejszy niż 0,5% (4),
prędkość w przewodzie: 3,5 m/s dla h_p ≤ 1,5 m, 3,0 m/s dla h_p > 1,5 m (7),
szerokość przewodu: klasy A, S ≥ 1,0 m; GP, G, Z ≥ 0,8 m; pozostałe ≥ 0,8 m przy L_p ≥ 10 m, w innych przypadkach ≥ 0,6 m (8),
wysokość: L_p > 20 m ≥ 1,2 m; L_p ≤ 20 m — A, S, GP, G, Z ≥ 1,0 m; L, D ≥ 0,8 m (9); dla przewodów kołowych — większa z wartości (10),
przy pracy niepełnym przekrojem: strop co najmniej 0,25 m nad zwierciadłem i napełnienie nie większe niż 75% wysokości (17),
wlot zatopiony niedopuszczalny na ciekach niosących kłody (18).

4.4 i 4.2(13) — przepływ miarodajny

Dla przepustów prawdopodobieństwo przewyższenia przepływu miarodajnego przyjmuje się równe 1,0%. Gdy średnia głębokość cieku przy przepływie miarodajnym przekracza 3,0 m, zaleca się most zamiast przepustu.

Zastrzeżenie. Wyniki obliczeń oraz prezentowane dane mają charakter wyłącznie poglądowy i służą do wstępnego szacowania. Nie stanowią projektu, ekspertyzy ani opinii technicznej. Autor serwisu nie ponosi odpowiedzialności za sposób wykorzystania wyników ani za skutki decyzji podjętych na ich podstawie. Każdy wynik należy zweryfikować samodzielnie, zgodnie z wytycznymi WR-M-12 oraz obowiązującymi przepisami — przez osobę posiadającą stosowne uprawnienia.

Jak liczy kalkulator

Dla zadanego przepływu wyznaczane są głębokość krytyczna h_kr i normalna h_n w przewodzie, spadek hydrauliczny przy pełnym przewodzie i_t oraz głębokość wody dolnej H₂ = h_m − p (z równania Manninga dla koryta poniżej przepustu lub zadana). Następnie liczone jest napełnienie H₁ dla wariantu z niezatopionym (typy 1–3) i zatopionym wlotem (typy 4–6), a typ pracy wybierany jest według warunku (H₁ − z)/h_p ≤ 1,2 i schematu z rys. 6.2.8.1. Prędkość dopływu v₁ wyznaczana jest iteracyjnie z przekroju koryta przy głębokości H₁ − z.

Przepustowość to przepływ, przy którym obliczone H₁ osiąga poziom dopuszczalny (rozwiązanie odwrotne metodą bisekcji, z typem pracy ustalanym dla każdego przepływu). Tryb „Napełnienia” rozwiązuje to samo zadanie dla zadanego poziomu przed przepustem i stałej wody dolnej — podanych jako głębokości albo rzędne. Dobór sprawdza kolejne przewody z typoszeregu i wybiera najmniejszy, który spełnia warunki spiętrzenia oraz wymagania pkt 4.12.

Rozmycia i umocnienia za wylotem policzysz w kalkulatorze stanowiska dolnego przepustu (podrozdz. 6.3), a światło mostu — w kalkulatorze mostowym (rozdz. 5).

Źródło: WR-M-12 „Wytyczne obliczania świateł drogowych mostów i przepustów hydraulicznych”, wersja 01, obowiązuje od 2021.03.02, podrozdz. 4.12, 6.1–6.2, oraz arkusz kalkulacyjny do podrozdz. 6.4. © Skarb Państwa — Minister Infrastruktury.