Проектирование земляной плотины
Конструирование поперечного профиля земляной плотины. Ширина гребня, очертание откосов. Расчет величины осадки плотины. Выбор трассы и построение продольного профиля по оси водосбросного сооружения. Расчет отводящего канала, водоспускное сооружение.
| Рубрика | Строительство и архитектура |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 25.04.2012 |
| Размер файла | 1,0 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Оглавление
ВВЕДЕНИЕ
1. КОНСТРУИРОВАНИЕ ПРОФИЛЯ ЗЕМЛЯНОЙ ПЛОТИНЫ
1.1 Конструирование поперечного профиля земляной плотины
1.2 Ширина гребня плотины
1.3 Очертание откосов
1.5 Дренажные устройства
1.6 Сопряжение плотины с берегами и основанием
2. РАСЧЕТЫ ЗЕМЛЯНОЙ ПЛОТИНЫ
2.1 Расчет величины осадки земляной плотины
2.2 Расчет устойчивости откосов
3. ВОДОПРОПУСКНЫЕ СООРУЖЕНИЯ ПРИ ПЛОТИНАХ ИЗ ГРУНТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ
3.1 Общие сведения о водопропускных сооружениях
3.2 Проектирование водосбросного сооружения
3.2.1 Выбор трассы и построение продольного профиля по оси водосбросного сооружения
3.2.2 Гидравлический расчет подводящего канала
3.2.3 Расчет отводящего канала
3.2.4 Проектирование и расчет сопрягающих сооружений
3.3 Водоспускное сооружение
Список литературы
Приложение А
Приложение Б
ВВЕДЕНИЕ
Целью курсового проекта является составление и расчетное обоснование в соответствии с действующей нормативной литературой проекта водохранилищного гидроузла с земляной плотиной и паводковым водосбросом, а также закрепление знаний, полученных студентами при изучении соответствующих разделов курса, и приобретение опыта и навыков проектирования.
В проекте требуется осуществить выбор типа и конструирование профиля плотины, выполнить фильтрационные и статические расчеты, разработать конструктивные решения основных элементов плотины, предложить вариант компоновки гидроузла, подобрать конструкцию паводкового водосброса и водовыпуска.
Для образования водохранилища возводят комплекс специальных гидротехнических сооружений называемых гидроузлом. Часть водохранилища или водотока, примыкающая к водоподпорному сооружению гидроузла, называется бьефом; бьеф, расположенный вверх по течению от напорного сооружения, называется верхним, а вниз по течению - нижним.
Главная цель создания водохранилищ - регулирование стока. Для этого в водохранилищах аккумулируется сток в одни периоды года и отдаётся накопленная вода в другие периоды. Период аккумуляции стока называется наполнением водохранилища, а процесс отдачи - сработкой водохранилища. Как наполнение, так и сработка водохранилища производится всегда до более или менее определённых уровней. Высший проектный уровень водохранилища (верхнего бьефа плотины), который подпорные сооружения могут поддерживать в нормальных эксплуатационных условиях в течение длительного времени, называется нормальным подпорным уровнем (НПУ). Минимальный уровень воды в водохранилище до которого возможно его сработка в условиях нормальной эксплуатации, называется уровнем мертвого объёма (УМО). Объём воды, заключенный между НПУ и УМО, называется полезным, т.к. именно этим объёмом и можно распоряжаться в различных целях. Объём же воды, находящийся ниже УМО, называется мертвым, т.к. использование его в нормальных условиях не предусматривается.
Пропускная способность гидроузла по экономическим и реже техническим соображениям ограничена. Поэтому когда по водохранилищу идёт расход очень редкой повторяемости (раз в сто, тысячу, а то и десять тысяч лет), гидроузел не в состоянии пропустить всю массу воды, идущую по реке. В этих случаях уровни воды на всём водохранилище и у плотины повышаются, увеличивая его объём иногда на значительную величину. Такой подъём уровня выше НПУ в период прохождения высоких половодий редкой повторяемости называется форсированием уровня водохранилища, а сам уровень - форсированным подпорным (ФПУ).
1. КОНСТРУИРОВАНИЕ ПРОФИЛЯ ЗЕМЛЯНОЙ ПЛОТИНЫ
1.1 Конструирование поперечного профиля земляной плотины
Основной задачей проектирования поперечного профиля плотины является определение отметки гребня плотины и его ширины, а также назначение заложения откосов плотины. Размеры поперечного профиля зависят от типа плотины, ее высоты, характеристик грунта тела плотины и ее основания, а также условий строительства и эксплуатации.
Скорость ветра на высоте 10 м над уровнем водоема:
где W - максимальная скорость ветра, м/с (в задании);
Высота волны, которую определяем по формуле В.Г. Андреянова:
м,
где L - длина разгона волны, м (в задании);
Длину волны определяем по формуле:
Высота наката волны определяется по формуле Н. Н. Джунковского
где k - коэффициент равный 0,77 - для откоса из каменной наброски;
tgб - тангенс угла наклона откоса, равный ;
Высоту ветрового нагона определим по формуле:
где б1 - угол между осью водоема и направлением ветра (в задании);
Н1 - глубина воды в верхнем бьефе, м (задании);
g - ускорение свободного падения, м/с2;
k1 - коэффициент зависящий от отношения
где л - длина волны, м.
Для низконапорных плотин принимаем k1=6·10-3.
Превышение d0 определяем по формуле:
где а - запас высоты плотины, принимается не менее 0,5 м.
1.2 Ширина гребня плотины
Гребень плотины конструируют из условий производства работ и эксплуатации плотины. Прежде всего, необходимо обеспечить проезд транспорта и сельскохозяйственной техники. Поэтому ширину гребня принимают в зависимости от категории дороги (СНиП 2.06.05-84). Основные параметры гребня плотины при устройстве на нем автомобильной дороги приведены в табл. 1.1.
Для отвода поверхностных вод гребню плотины придается двусторонний поперечный уклон, равный при асфальтобетонном покрытии 20 ‰, на гравийных и щебеночных покрытиях 25-30 ‰, а на покрытиях из грунтов, укрепленных местными материалами, и на мостовых из колотого и булыжного камня - 30-40 ‰. Поперечные уклоны обочин при двускатном поперечном профиле следует принимать на 10-30 ‰ больше поперечных уклонов проезжей части (СНиП 2.05.02 - 85).
Таблица 1.1 - Основные параметры поперечного профиля автомобильных дорог
|
Категория дороги |
Ширина, м |
|||
|
проезжей части |
обочин |
гребня плотины |
||
|
III |
7,0 |
2,5 |
12,0 |
1.3 Очертание откосов
Откосы плотины должны быть устойчивыми во время ее строительства и эксплуатации при воздействии статических и динамических нагрузок, фильтрации, капиллярного давления, волн и др
Выбор заложения откосов (m1 - верхового и m2 - низового) плотины производится на основе опыта строительства и эксплуатации аналогичных сооружений с учетом физико-механических характеристик грунтов тела плотины и основания, действующих на откосы сил, высоты плотины, методов производства работ по возведению плотины и условий ее эксплуатации. Назначенные заложения откосов затем проверяются расчетами статической устойчивости и при необходимости корректируются. Ориентировочные значения заложений откосов земляных плотин из глинистых и песчаных грунтов при наличии в основании грунтов с прочностью, не меньшей, чем в теле плотины, приведены в табл. 1.2.
Таблица 1.2 - Заложение откосов земляных насыпных плотин
|
Тип плотины |
Заложение откосов при высоте плотины, м |
||||||
|
до 5 |
от 5 до 10 |
от 10 до 15 |
|||||
|
верхового |
низового |
верхового |
низового |
верхового |
низового |
||
|
Однородные с дренажем: глинистые грунты песчаные грунты |
2,00 2,50 |
1,50 1,75 |
2,50 2,75 |
1,75 2,00 |
3,00 3,00 |
2,00 2,00 |
Высота плотины определяется по формуле:
Ширина основания плотины составит:
где m1, m2 - заложение верхового и низового откосов определяются по таблице 1.2.
1.4 Выбор типа крепления верхового откоса и его расчет
Для защиты верхового откоса земляной плотины от разрушительного действия волн, льда, течения воды, атмосферных осадков и других факторов СНиП 2.06.05-84 рекомендует крепление следующих видов: каменное, бетонное и железобетонное, асфальтобетонное, биологическое.
Крепление верхового откоса делится на основное и облегченное. Верхней границей основного крепления обычно служит гребень плотины. Нижнюю границу основного крепления принимают на глубине , считая от наинизшего уровня воды в водохранилище (обычно УМО). В то же время эта граница должна быть не выше наинизшего уровня, уменьшенного на 1,5t, где t - расчетная толщина льда в водохранилище.
Нижняя граница облегченного крепления определяется условиями неразмываемости грунта плотины течением или волнами.
Вид крепления в каждом конкретном случае устанавливается в результате технико-экономического сравнения вариантов с учетом максимальной механизации работ, использования местных материалов, характера грунта тела плотины, агрессивности вод и долговечности крепления.
Толщина крепления одиночной или двойной мостовой:
где з=1,2 - 1,5 - коэффициент запаса;
Р=0,178hв - давление, возникающее при сбегании воды, т/м2;
hв - высота волны, м;
гкл=2,0 - 2,5 - объемный вес каменного крепления, т/м3;
m - заложение откосов;
Каменное крепление откосов устраивается при высоте волны до 2,5 м в виде наброски или мощения по слою подготовки, играющей роль обратного фильтра.
Каменные материалы для крепления откосов следует применять из изверженных, осадочных и метаморфических пород, обладающих необходимой прочностью, морозостойкостью и водостойкостью, с удельным весом гк>24 кН/м3.
Для крепления откосов каменной наброской применяем, как правило, несортированный камень (горную массу).
Расчетный вес камня, устойчивого против разрушающего действия волн, определяем по формуле:
где A=7,2 при
А=8,2 при
Для характеристики укладываемого материала удобнее использовать геометрические размеры и задавать крупность камня. Соотношение веса камня и среднего диаметра, приведенного к диаметру шара, дает следующая формула
где гк - удельный вес камня, т/м3;
Толщина каменной наброски должна обеспечивать защиту тела плотины от размыва и назначается не менее:
Толщину крепления камнем принимаем равной 3 для несортированного камня и 2,5 для сортированного.
Обратные фильтры под креплением откосов, выполненным в виде каменной наброски, плит с открытыми швами или со сквозными отверстиями и т.д., могут состоять из одного слоя разнозернистого материала или двух слоев материалов с различными, но крупности частицами, а также из искусственных водопроницаемых материалов (стекловолокна, геотекстиля, минеральной ваты и др.). Материал для обратного фильтра, число слоев и их толщину выбирают в зависимости от вида грунта откоса, наличия и состава местного материала.
Крепление низового откоса следует устраивать при необходимости защиты его от действия ветра, дождевых вод и разрушения землеройными животными. Если низовой откос сложен из крупнозернистых материалов (щебень, песчано-гравелистый грунт), то допускается оставлять его без крепления. В качестве крепления низового откоса принимаем следующий тип: покрытие растительным грунтом толщиной 0,2…0,3 м с последующим посевом многолетних трав (залужение).
1.5 Дренажные устройства
Устройство дренажа тела земляной плотины следует проектировать с целью:
а) организованного отвода воды, фильтрующейся через тело и основание плотины в нижний бьеф;
б) предотвращения выхода фильтрационного потока на низовой откос и в зону, подверженную промерзанию;
в) экономически обоснованного снижения депрессионной поверхности для повышения устойчивости низового откоса (внутренний дренаж);
г) повышения устойчивости верхового откоса при быстрой сработке водохранилища, а также для снятия порового давления, возникающего при сейсмических воздействиях;
д) отвода воды, профильтровавшейся через экран, ядро.
Размеры дренажных устройств определяют из условий, исключающих кольматаж грунта в области дренажа. На контакте дренажа с телом и основанием плотины обычно предусматривают обратный фильтр.
На начальной стадии проектирования задаются видом и размерами дренажа, которые уточняют после выполнения фильтрационных расчетов. Вид дренажных устройств может быть различным на разных участках плотины. Конструкцию дренажа выбирают на основании технико-экономического сравнения вариантов. В русловой части плотины чаше всего применяется наружный дренаж в виде каменного банкета или комбинированный дренаж: каменный банкет с наклонным дренажем. В частях плотины, перекрывающих затапливаемую пойму, целесообразно применять наклонный дренаж, а незатапливаемую - трубчатый дренаж.
При наличии в районе строительства камня дренаж на русловых участках плотины выполняют в виде банкета из каменной наброски, который также служит упором низового откоса плотины. Превышение гребня дренажного банкета над максимальным уровнем воды в нижнем бьефе определяют с запасом на волнение, размер которого устанавливают с соответствии с указаниями, но не менее 0,5 м. С внутренней стороны дренажного банкета, примыкающей к телу плотины, и в основании его укладывается обратный фильтр из слоев песка и гравия или щебня. В плотинах из суглинистых грунтов обратный фильтр можно устраивать из одного слоя гравия или щебня. Общая толщина обратного фильтра из одного или двух слоев принимается 0,2-0,4 м.
Ширину банкета поверху bд назначают из условий производства работ, но не менее 1 м. Коэффициент заложения внутреннего откоса обычно составляет 1 ... 1,5, наружного - 1,5 ... 2.
1.6 Сопряжение плотины с берегами и основанием
Подготовка берегов и основания плотины сводится к удалению растительного слоя грунта толщиной не менее 0,3…0,5 м. Поверхность подготовленного нескального основания должна плавно следовать за уклоном местности.
Сопряжение плотины с основанием производится в зависимости от типа плотины и характера грунта основания.
Рис. 1.1
При глубине проницаемого основания до 8,0 м устраивают зуб глубиной 1,0 - 1,5 м с забивкой под ним шпунтовой стенки, заглубляемой в нижележащий водоупор на глубину 0,5…1,0 м.
2. РАСЧЕТЫ ЗЕМЛЯНОЙ ПЛОТИНЫ
2.1 Фильтрационный расчет грунтовой плотины
В соответствии со СНиП 2.06.05-84 фильтрационные расчеты следует выполнять для определения фильтрационной прочности тела плотины, ее основания и берегов; расчета устойчивости откосов плотины и берегов; обоснования наиболее рациональных и экономичных форм, размеров и конструкций плотины, ее противофильтрационных и дренажных устройств.
В ходе выполнения расчетов определяют:
1) положение депрессионной кривой,
2) фильтрационный расход воды через тело плотины и ее основание,
3) скорости и градиенты напора фильтрационного потока в теле плотины, основания, а также в местах выхода фильтрационного потока в дренаж, в нижний бьеф, в местах контакта грунтов с различными характеристиками и на границе противофильтрационных устройств.
Способы и схемы фильтрационных расчетов с большей надежностью разработаны для плотин, расположенных на водонепроницаемом основании. Под водонепроницаемым понимают такое основание, коэффициент фильтрации которого по сравнению с коэффициентом фильтрации тела плотины настолько мал, что может быть приравнен к нулю.
Расчет ведут при двух независимых предположениях.
Вначале считают, что плотина водопроницаема, а основание водонепроницаемо, и для этой схемы определяют фильтрационный расход через тело плотины и строят кривую депрессии.
Затем принимают схему, в которой плотину считают водонепроницаемой, а основание водопроницаемым и определяют фильтрационный расход через основание . Общий фильтрационный расход определяется как сумма расходов через плотину и основание:
Ниже приведены схемы фильтрационных расчетов методом эквивалентного профиля для часто встречающихся типов плотин и расчетных случаев. В этом методе реальный поперечный профиль плотины заменяют эквивалентным в фильтрационном отношении профилем с вертикальным верховым откосом. При построении кривой депрессии участок ее примыкания к реальному верховому откосу исправляют визуально так, участок был перпендикулярен откосу в точке его пересечения с уровнем воды в верхнем бьефе и затем плавно переходил в депрессионную кривую.
Однородная плотина с дренажным банкетом на водонепроницаемом основании (рис. 2.2).
Уравнение для определения фильтрационного расхода в этом случае имеет вид:
где Kт - коэффициент фильтрации, м/сут (в задании);
величиной захода депрессионной кривой в дренаж пренебрегают: lдр=0;
Ширина эквивалентного профиля плотины по основанию:
Кривую депрессии строим по уравнению Дюпюи, задаваясь x от x= до x=Lp. Затем исправляют визуально.
Аналогично рассчитываем абсциссы и для других значений. Все расчет сводим в таблицу
|
x |
2.92 |
3.92 |
8.00 |
12.08 |
16.16 |
20.24 |
24.32 |
28.40 |
|
|
y |
6.55 |
6.43 |
5.90 |
5.32 |
4.67 |
3.91 |
2.95 |
1.48 |
2.2 Фильтрационный расчет через основание плотины
Фильтрационный расход через основание плотины определяем по формуле:
где - коэффициент фильтрации основания плотины, м/сут;
Т - глубина водопроницаемого основания, м;
- ширина плотины по основанию, м. В случае дренированных плотин размер принимаем равным расстоянию от подошвы верхового откоса до начала дренажа;
n - поправочный коэффициент, определяемый в зависимости от отношения :
|
20 |
5 |
4 |
3 |
2 |
1 |
||
|
n |
1,15 |
1,18 |
1,23 |
1,30 |
1,44 |
1,87 |
Рис. 2.1 - Расчет фильтрации через основания земляных плотин
Суффозионную устойчивость основания определяем по формуле:
где - скорость фильтрационного потока при выходе в нижний бьеф, м/с;
- уклон кривой депрессии при выходе из основания, определяемая как:
Суффозия отсутствует, если выполняется условие:
так как оно выполняется, суффозии через тело плотины не будет.
Общий фильтрационный расход определяем как сумму расходов через плотину и основание:
2.3 Расчет величины осадки земляной плотины
Для уточнения объема работ по возведению тела плотины выполняем расчет величины осадки основания:
где - толщина сжимаемого слоя, м (в задании);
е1 - коэффициент пористости грунта основания до возведения плотины;
е2 - коэффициент пористости грунта основания после возведения плотины.
- определяется по компрессионной кривой.
Находим напряжение в грунте до возведения плотины:
Зная по компрессионной кривой находим . Для определения необходимо знать . Напряжение в середине сжимаемого массива после возведения плотины () определяем методом проф. Н.А. Цытовича. Чтобы найти вычисляем
Рис. 2.2 - Компрессионные кривые
Напряжение в точке В:
где гП - объемный вес грунта тела плотины ().
Рис. 2.3
Для определения напряжения в точке С пользуемся табличными значениями вертикальных напряжений уz, выраженных в долях от интенсивности нагрузки, распределенной по треугольнику (табл. 2.1) и от интенсивности равномерно распределенной нагрузки (табл. 2.2).
Для пользования таблицами находим отношения: и ,
где - вершина основания фигуры представляющей часть нагрузки от насыпи плотины (в задании);
- для левого треугольника:
- для правого треугольника:
- для средней части:
y - расстояние от подошвы до оси плотины.
Напряжение в точке С находим отдельно от левого, правого треугольников и средней части.
По отношениям и по интерполяции находим (табл. 2.1).
Таблица 2.1 - Величины напряжений уz в долях от интенсивности нагрузки, изменяющиеся по треугольнику
|
- 1,50 |
- 1,00 |
- 0,50 |
0,00 |
0,25 |
0,50 |
0,75 |
1,00 |
1,50 |
2,00 |
2,50 |
||
|
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,25 |
0,50 |
0,75 |
1,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
|
|
0,25 |
- |
- |
0,004 |
0,075 |
0,256 |
0,48 |
0,643 |
0,424 |
0,015 |
0,003 |
- |
|
|
0,50 |
0,002 |
0,003 |
0,023 |
0,127 |
0,263 |
0,41 |
0,477 |
0,353 |
0,056 |
0,017 |
0,003 |
|
|
0,75 |
0,006 |
0,016 |
0,042 |
0,153 |
0,248 |
0,335 |
0,361 |
0,293 |
0,108 |
0,024 |
0,009 |
Напряжение от левого треугольника:
По отношениям и по таблице 2.1 находим .
Напряжение от правого треугольника:
По отношениям и по таблице 2.2 находим .
Напряжение от средней части:
Таблица 2.2 - Величины напряжений выраженные в долях от интенсивности равномерно-распределенной нагрузки
|
y/b z/b |
0,00 |
0,25 |
0,50 |
1,00 |
1,50 |
2,00 |
|
|
0,00 |
1,00 |
1,00 |
0,50 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
|
|
0,25 |
0,96 |
0,90 |
0,50 |
0,02 |
0,00 |
0,00 |
|
|
0,50 |
0,82 |
0,74 |
0,48 |
0,08 |
0,02 |
0,00 |
|
|
0,75 |
0,67 |
0,61 |
0,45 |
0,15 |
0,04 |
0,02 |
|
|
1,00 |
0,55 |
0,51 |
0,41 |
0,19 |
0,07 |
0,03 |
Суммарное напряжение:
Напряжение в грунте основания под гребнем плотины:
Общее напряжение:
На компрессионной кривой напряжению Р2 соответствует коэффициент пористости .
2.4 Расчет устойчивости откосов
Откосы грунтовой плотины должны иметь крутизну, удовлетворяющую требованиям, как устойчивости, так и экономичности плотины. Статические расчеты плотины включают проверку устойчивости верхового и низового откосов, а также экрана и его защитного слоя.
Предварительно выбранное очертание откосов проверяется расчетом на устойчивость путем определения коэффициента запаса устойчивости. На массив грунта откосов плотины действует ряд сил. Основная сдвигающая сила - составляющая собственного веса грунта. Кроме того, уменьшают устойчивость сила взвешивания и динамическое воздействие фильтрационного потока, а также дополнительные силы, например снеговая нагрузка, силы инерции при землетрясении и др.
Существует несколько методов расчета устойчивости откосов. В гидромелиоративной практике широко используют метод круглоцилиндрических поверхностей скольжения грунтового массива с разбивкой его на отсеки (рекомендуется СНиП 2.06.05-84). Обрушение (оползание) откосов происходит по некоторой криволинейной поверхности в пределах откоса или с захватом грунтового основания. Форма границы обрушения откоса (поверхности сдвига) обычно близка к цилиндрической.
Расчет заключается в определении коэффициента устойчивости полученного как отношение сил удерживающих (трения и сцепления) к моменту сил сдвигающих относительно центра скольжения
Расчет выполняется в условиях плоской задачи, когда рассматривается отрезок плотины длиной, равной единице. При этом для расчета выбирается сечение плотины максимальной высоты.
При расчете проводятся несколько кривых скольжения из разных центров и соответственно вычисляют коэффициенты устойчивости. Расчеты устойчивости носят вероятностный характер, т.к. заранее неизвестно положение наиболее опасной поверхности обрушения. Задача расчетов - поиск этой поверхности и определение наименьшего коэффициента устойчивости kу.
При использовании метода круглоцилиндрических поверхностей сдвига выполняют следующие основные операции.
Вычерчивают поперечный профиль низового откоса руслового участка плотины с частью верхового откоса, гребня и основания в одинаковом масштабе 1:100 (горизонтальном и вертикальном).
Из середины откоса (точка Б, рис. 2.4) проводим две линии: вертикальную вверх и под углом 85° к линии откоса. Затем находят радиусы
и
которыми очерчиваем часть кольцевой площадки MZM?Z?. Здесь и - коэффициенты внутреннего и внешнего радиуса, определяемые в зависимости от заложения откоса.
|
Коэффициент |
Заложение откосов |
||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
||
|
0,75 |
0,75 |
1,00 |
1,50 |
2,20 |
3,00 |
||
|
1,50 |
1,75 |
2,30 |
3,75 |
4,80 |
5,50 |
В площадке MZM?Z? располагаем центр скольжения О и из него радиусом R проводим дугу окружности таким образом, чтобы она пересекала гребень плотины и захватывала часть основания. При несвязных грунтах основания и тела плотины кривую сдвига проводим вблизи подошвы откоса.
Рис. 2.4 - Расчетная схема устойчивости низового откоса
Из точки О проводим пунктирную линию до кривой скольжения.
Выделенный массив грунта, который может сползти по дуге окружности R (область откоса, ограниченную кривой скольжения и внешним очертанием плотины), разбиваем на вертикальные отсеки шириной b = 0,1R , размещая нулевой отсек под центром скольжения.
Обозначаем откосы от нулевого вверх по откосу - положительными значениями, вниз к подошве плотины - отрицательными.
Для каждого отсека вычисляем и , где б - угол наклона подошвы отсека к горизонту. При ширине отсека b = 0,1R синус угла равен порядковому номеру отсека поделенному на 10, т.е. ;
Для неполного отсека принимаем соответственно его доле от полной ширины отсека.
Грунт плотины выше кривой депрессии имеет естественную влажность, а ниже ее находим в насыщенном водой состоянии.
Высоту отдельных частей отсека при естественной влажности h? (hес) (см. рис. 2.4) и при насыщении водой h?? (hн) определяем графически по чертежу.
Физико-механические характеристики грунтов устанавливаем по данным натурных исследований, а при их отсутствии для предварительных расчетов - принимаем по таблице 1 приложения А.
Грунты отсеков по высоте имеют различную влажность, поэтому для удобства расчетов вычисляем приведенную высоту отсека по формуле:
где - высота полосы грунта при естественной влажности, м;
- высота полосы грунта при насыщении водой, м;
- объемный вес грунта при естественной влажности, т/м3 (определяем по табл. 1, прил. А);
- объемный вес грунта при насыщении водой (ниже кривой депрессии), т/м3, определяемый по формуле:
где - плотность воды = 1 т/м3;
- удельный вес грунта в сухом состоянии, т/м3 (по табл. 1, прил. А);
n - пористость грунта, определяемая по формуле:
Относительно центра скольжения в точке О на отсеки действует собственный вес отсека - G (рис. 2.4), который раскладывается на 2 составляющие: нормальную N и касательную S. Нормальная сила, направленная по радиусу кривой скольжения определяем как
где б - угол между вертикалью и вектором нормальной силы;
- приведенная плотность грунта, т/м3. За приведенную плотность грунта можно принять любое значение г, но обычно задают значение, соответствующее грунту естественной влажности (выше кривой депрессии).
Касательная сила, вызывающая сдвиг n-го отсека по кривой скольжения определяем по формуле:
Устанавливаем силу трения, возникающую на подошве массива обрушения
где ц - угол внутреннего трения (принимаем по осредненным значениям физико-механических характеристик грунта).
Угол внутреннего трения зависит от вида грунта и влажности в зоне кривой сдвига. Значение ц будет постоянным на протяжении каждой составной части кривой сдвига, проходящей в грунте тела плотины выше кривой депрессии ц1, в грунте тела плотины ниже кривой депрессии - ц2, в основании плотины - ц3.
Для сокращения расчетов силу сцепления С определяем не по отсекам, а по участкам с одинаковым удельным сцеплением.
Cилу сцепления (С), возникающую на подошве массива обрушения определяем по формуле
где - удельное сцепление грунта тела плотины и основания, соответствующее дугам (т/м2), принимаем по таблице 1 приложения А.
- длина участка кривой скольжения в пределах отсека, вычисляемая по формуле
1)
2)
3)
где - угол, образованный радиусом ( проведенным из центра кривой скольжения до пересечения с границами участков с постоянными значениями удельного сцепления. Углы , при расчетах «вручную» измеряем по чертежу).
Фильтрационную силу учитываем как объемную. При отсутствии дренажа она приложена к центру тяжести площадки А1Д1ЕЖ и направлена параллельно среднему уклону кривой депрессии
где - площадь фильтрационного потока;
- средний градиент фильтрационного потока;
- плотность воды, равная 1 т/м3.
Средний градиент фильтрационного потока находим по формуле
где - падение депрессионной кривой в пределах массива обрушения (определяем графически);
- расстояние, на котором произошло падение депрессионной кривой на (определяем графически).
Площадь фильтрационного потока (фигура А1Д1ЕЖ) находим как
где b - ширина отсека;
- высота полосы грунта при насыщении водой, м;
Для дренированных плотин определяем две составляющие фильтрационной силы
Первую из них вычисляем по выше приведенной формуле, только площадь в этом случае принимаем до дренажа. Вторую составляющую , имеющую вертикальное направление, приближенно найдем следующим образом:
Средний градиент в основании плотины:
Н - напор на плотине;
- ширина дренажа;
- ширина плотины понизу;
- площадь воздействия фильтрационной силы .
Коэффициент устойчивости откоса вычисляем по формуле
где r - плечо гидродинамической силы, равное расстоянию от центра кривой сдвига (точка О) до центра тяжести площади ?, которое измеряем по чертежу.
Для плотин с дренажем предыдущая формула имеет вид
где , и - плечи фильтрационных сил (см. рис. 1, прил. А).
Выполняем расчет устойчивости откоса из следующего центра скольжения, располагая точку О (вторую, третью и т.д.) в площадке MZM?Z?. Из полученных коэффициентов устойчивости выбираем минимальный и делают вывод об устойчивости откоса и правильности принятого его заложения.
Расчет коэффициента устойчивости удобно выполнять в форме таблицы (табл. 2.3).
Таблица 2.3. - К расчету устойчивости низового откоса плотины
|
N отсека |
sinб |
cosб |
hес |
hн |
hпр |
hпр*sinбб |
ц |
tanц |
hес*cosб*tanц |
c |
l |
c*l |
|
|
9 |
0,9 |
0,43589 |
1,6 |
1,6 |
1,44 |
0,541052 |
0,600861 |
0,419055 |
0,3 |
5,68 |
1,704 |
||
|
8 |
0,8 |
0,6 |
3,6 |
3,6 |
2,88 |
0,541052 |
0,600861 |
1,297859 |
0,3 |
5,68 |
1,704 |
||
|
7 |
0,7 |
0,714143 |
3,8 |
0,6 |
4,174545 |
2,922182 |
0,523599 |
0,57735 |
1,721209 |
0,8 |
6,49 |
5,192 |
|
|
6 |
0,6 |
0,8 |
3,4 |
1,5 |
4,336364 |
2,601818 |
0,523599 |
0,57735 |
2,002881 |
0,8 |
6,49 |
5,192 |
|
|
5 |
0,5 |
0,866025 |
3,1 |
2 |
4,348485 |
2,174242 |
0,523599 |
0,57735 |
2,174242 |
0,8 |
6,49 |
5,192 |
|
|
4 |
0,4 |
0,916515 |
2,8 |
2,2 |
4,173333 |
1,669333 |
0,523599 |
0,57735 |
2,20832 |
0,8 |
6,49 |
5,192 |
|
|
3 |
0,3 |
0,953939 |
2,6 |
2,3 |
4,035758 |
1,210727 |
0,506145 |
0,554309 |
2,134016 |
1,2 |
11,9 |
14,28 |
|
|
2 |
0,2 |
0,979796 |
2,2 |
2,5 |
3,760606 |
0,752121 |
0,506145 |
0,554309 |
2,042422 |
1,2 |
11,9 |
14,28 |
|
|
1 |
0,1 |
0,994987 |
1,5 |
2,6 |
3,12303 |
0,312303 |
0,506145 |
0,554309 |
1,722447 |
1,2 |
11,9 |
14,28 |
|
|
0 |
0 |
1 |
1,1 |
0,686667 |
0 |
0,506145 |
0,554309 |
0,380626 |
1,2 |
11,9 |
14,28 |
||
|
-1 |
-0,1 |
0,994987 |
1 |
0,624242 |
-0,06242 |
0,506145 |
0,554309 |
0,344289 |
1,2 |
11,9 |
14,28 |
||
|
-2 |
-0,2 |
0,979796 |
0,8 |
0,499394 |
-0,09988 |
0,506145 |
0,554309 |
0,271226 |
1,2 |
11,9 |
14,28 |
||
|
-3 |
-0,3 |
0,953939 |
0,4 |
0,249697 |
-0,07491 |
0,506145 |
0,554309 |
0,132034 |
1,2 |
11,9 |
14,28 |
||
|
24,6 |
17 |
35,21212 |
15,72552 |
16,85062 |
124,136 |
3. ВОДОПРОПУСКНЫЕ СООРУЖЕНИЯ ПРИ ПЛОТИНАХ ИЗ ГРУНТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ
3.1 Общие сведения о водопропускных сооружениях
При проектировании гидроузлов при глухих плотинах из грунтовых материалов устраивают водосбросные, водовыпускные, и водоспускные сооружения.
Водосбросными сооружениями (водосбросами) называют гидротехнические сооружения, предназначенные для пропуска паводковых вод на водоподпорных гидроузлах. В ряде случаев водосброс совмещают с другими водопропускными сооружениями гидроузла - водоспуском, водозабором и т.п.
Выбор варианта водосброса основывается на учете природных, гидрологических и инженерно-геологических условий района строительства, а также эксплуатации проектируемых сооружений. Оптимальный вариант принимается на основе технико-экономического сравнения различных вариантов.
По гидравлическому режиму работы водосбросы могут быть напорными, безнапорными, напорно-безнапорными (полунапорными).
По режиму эксплуатации водосбросы бывают автоматического действия и управляемые (с затворами). В отдельных случаях применяют водосбросы полуавтоматического действия, которые обеспечивают пропуск части сбросного расхода в автоматическом режиме, а часть расхода пропускают через отверстия, перекрываемые затворами.
По конструктивному признаку различают водосбросы закрытые (трубчатые), открытые (лотковые), сборные, монолитные.
По месту расположения в составе гидроузла водосбросы делят на береговые, русловые, пойменные.
По месту расположения водоприемного отверстия, относительно уровня ВБ водосбросы классифицируют на поверхностные, глубинные и донные.
В автоматических водосбросах расчетные максимальные расходы воды пропускаются при форсированных подпорных уровнях, в то время как в регулируемых водосбросах основной расход пропускается при НПУ, а поверочный - при ФПУ. Автоматические водосбросы не требуют постоянного наблюдения за изменением уровня воды в водохранилище и своевременного маневрирования затворами как у регулируемых водосбросов, что ведет к уменьшению эксплуатационных затрат. В то же время, пропуск любого, даже маленького расхода через автоматический водосброс неизбежно сопровождается форсировкой (превышением) уровня воды в водохранилище выше НПУ, что приводит к временному дополнительному затоплению прибрежной полосы. Кроме того, очень часто при прочих равных условиях высота плотины гидроузла с автоматическим водосбросом получается больше по сравнению с управляемым водосбросным сооружением, что требует дополнительных единовременных капитальных затрат.
Автоматические водосбросы применяют при малых сбросных расходах (менее 30...40 м3 /с) и подразделяют на открытые береговые (при расходах 20...40 м3/с) и трубчатые (ковшовые, сифонные, шахтные и др.), которые предпочтительны при необходимости устройства проезда в пределах сооружения.
Регулируемые водосбросы устраивают в случаях:
- когда по каким-либо условиям ограничен или нежелателен подъем уровня водохранилища выше НПУ;
- при необходимости быстрой сработки водохранилища;
- при больших расчетных расходах.
Конструкция водосброса - сложное инженерное сооружение, состоящее из нескольких простейших сооружений, конструктивных узлов и деталей.
В водосбросном сооружении можно выделить четыре основные составные части: подводящая, водоприемная или водосливная, сопрягающая и устройство нижнего бьефа. Каждая часть существенно отличается своим назначением, гидравлическим режимом и конструктивным решением.
Подводящая часть обеспечивает плавный подход воды к сливной (головной) части водосброса, создает благоприятные условия для нормальной эксплуатации всего сооружения.
Сопрягающая часть соединяет водослив с устройством нижнего бьефа. По ней вода скатывается с верхнего в нижний бьеф.
Устройство нижнего бьефа обеспечивает гидравлическое сопряжение сбросного потока с нижним бьефом, гашение избыточной кинетической водной энергии, защиту сооружения от подмыва и разрушения.
Каждая основная часть водосброса, в свою очередь, состоит из ряда более простых устройств и деталей. Например, подводящая часть может включать: подводящий канал или выемку, струенаправляющие дамбы или системы, ледозащитные устройства, сопрягающие открылки и т. п.
Сопрягающую часть делают открытий или лотковой (быстроток, перепад), закрытой или трубчатой.
В устройство нижнего бьефа входят: устройство для сопряжения сбросного потока с нижним бьефом (уступ, консоль, сопрягающая вставка, водобой), устройство для гашения энергии, крепление русла от размыва, струенаправляющие устройства.
Водоспускными сооружениями (водоспусками) называют гидротехнические сооружения, предназначенные для полного или частичного опорожнения водохранилища, пропуска в нижний бьеф бытовых или санитарных расходов воды.
Водоспуски размещают как в теле плотины, так и в берегах. Их выполняют в виде отдельно стоящих сооружений или совмещенных с водосбросами. Отдельно расположенные водоспуски могут быть открытыми (безнапорными) и закрытыми (напорными). Открытые, в основном береговые водоспуски, применяют на небольших водохранилищах глубиной до 4...6 м. При больших глубинах предпочтительнее закрытые водоспуски, размещаемые в теле плотины.
Наибольшее распространение имеют трубчатые водоспуски, устраиваемые в теле низконапорных грунтовых плотин. Трубчатый водоспуск состоит из трубопровода, входного и выходного оголовков, колодцев для задвижек.
Водоспуск и водовыпуск в этом проекте рекомендуется объединить в одно сооружение, которое можно использовать также и для пропуска строительного расхода, частичной промывки верхнего бьефа от наносов, для пропуска части паводкового расхода редкой повторяемости.
земляной плотина откос профиль
3.2 Проектирование водосбросного сооружения
Для пропуска паводковых вод в составе водохранилищного гидроузла устраиваем водосбросное сооружение. Исходя из особенностей рельефа, наиболее выгодно конструировать открытый береговой водосброс.
В расчёт берегового водосброса входит определение размеров сооружений водопропускного тракта и устройств нижнего бьефа.
3.2.1 Выбор трассы и построение
продольного профиля по оси водосбросного сооружения
При назначении трассы водосбросного сооружения учитываем топографические, геологические, гидрогеологические и строительно-экономические условия.
Трассу водосбросного сооружения намечаем в обход плотины, по более пологому берегу, если сопрягающим сооружением служит быстроток, и на более крутом - в случае многоступенчатого перепада. Под трассой понимаем осевую линию сооружений, проложенную на местности с разбивкой на ней пикетажа. Она может быть как прямолинейной, так и с углами поворота (рис. 3.1). Для обеспечения плавного движения потока воды на водосбросном тракте, когда трасса имеет углы поворота, в них вписываем кривые с радиусом не менее пятикратной ширины канала по урезу воды, т.е. .
При разбивке кривых, когда задан угол поворота , вычисляем тангенс по формуле:
Следует иметь в виду, что здесь тангенс () не является тригонометрической функцией, а определяется как длина отрезка прямой от угла поворота до начала или конца кривой. Длину кривой определяем по формуле
Биссектриса угла определяется как
Зная тангенс и длину кривой, определяем пикеты начала и конца кривой. Разбивка кривой на водосбросном тракте приведена на рис. 3.1. На криволинейных участках трассы рекомендуется размешать каналы, а другие сооружения водосбросного тракта относить на прямолинейные участки. Размещение сооружений на криволинейных участках трассы приведет к выполнению криволинейных конструкций в плане.
Входная часть канала должна быть удалена от плотины не менее чем на 20…40 м. Поэтому хорошим решением будет расположение входа за поворотом берега, протоке, отвершке.
Канал должен проходить не ближе 10…15 м от места сопряжения плотины с берегами. Выход в нижнем бьефе должен быть удален от плотины не менее чем на 50…100 м, чтобы при пропуске паводка не возникло опасности подмыва откоса плотины. Выходную часть сооружения располагаем в протоке, отвершке, рукаве той же балки, реки.
Дно водосбросного канала в начальной его части закладываем на отметке НПУ в водохранилище и, следовательно, сброс воды будет проходить лишь при повышении уровня воды над нормальным.
Дно отводящего канала размещаем на отметке тальвега либо на 1?2 м ниже для того, чтобы канал проходил в выемке или полувыемке - полунасыпи.
Определение отметок дна водосбросного сооружения. На профиль трассы водосбросного сооружения со стороны водохранилища наносят линию НПУ (рис. 3.2). Точка пересечения этой линии с линией откоса долины (со стороны верхнего бьефа) будет началом входной части подводящего канала (сечение I-I). Длину подводящего канала определяем следующим образом: из точки сечения I-I проводим пунктирную горизонтальную линию до пересечения с линией откоса долины, балки (со стороны нижнего бьефа). От этой линии откладываем вниз разницу глубин подводящего канала на откос долины
где - глубина воды в конце подводящего канала, м;
- глубина воды в начале подводящего канала, м.
Полученную точку пунктиром соединяем с точкой пересечения отметки дна в сечении I-I . Эта линия и будет дном канала.
Со стороны нижнего бьефа вписываем строительную высоту канала в сечении II-II:
где - возвышение дамбы в земляных каналах над уровнем воды, м, которое приведено в таблице 3.1
Таблица 3.1 - Возвышение дамбы в земляных плотинах над уровнем воды, м.
|
Расход воды в канале, м3/сек |
Земляные каналы |
Каналы с одеждой из бетона, ж/бетона, асфальтобетона |
|
|
10 - 30 |
0,30 |
0,20 |
Из точки пересечения сечения II-II с линией откоса долины опускаем вертикаль до пересечения с линией приближенного дна канала. Эта вертикаль будет концом подводящего канала (сеч. II-II) и началом входной части сопрягающего сооружения. Затем от точки пересечения заданной отметки тальвега в нижнем бьефе, по горизонтали откладываем принятую длину отводящего канала Lотв. кан. (в пределах 20-30 м) и проводим вертикаль III-III. Расстояние между вертикалями II-II и III-III есть горизонтальное проложение сопрягающего сооружения, равное L (по масштабу плана). Имея разницу отметок Z и горизонтальное проложение L находим уклон местности под сооружением
При этом нужно стремиться к тому, чтобы уклон местности под сооружением был примерно параллелен склону речной долины (условие минимума земляных работ).
Выбор типа сопрягающего сооружения. Ориентируясь на уклон местности под сопрягающим сооружением (, принимаем тип сопрягающего сооружения:
при iм ? 0,25 - быстроток.
При прочих равных условиях быстротоки являются наиболее экономичными типами сопрягающих сооружений.
3.2.2 Гидравлический расчет подводящего канала
Гидравлический расчет сводится к определению недостающих гидравлических элементов и уклона дна канала (рис. 3.3).
Рис. 3.1 - Схема к расчету канала
Пользуясь методом профессора В.И. Чарнамского (интегрирование уравнения неравномерного движения путем непосредственного суммирования), вычисляем:
1. Для граничных сечений, т.е. для начала и конца подводящего канала, неизвестные гидравлические элементы.
Для расчета используем формулы гидравлики:
где - площадь живого сечения, м2;
- расчетная скорость течения воды в канале, м/сек
|
Наименование грунта |
Допускаемая скорость , м/с |
|
|
Песок мелкий |
0,35-0,45 |
- расход сбросного сооружения, м3/сек (указан в задании);
- ширина канала по дну, м;
- глубина воды в канале, м (по заданию);
- заложение откосов
|
Наименование грунтов, слагающих русло канала |
Заложение откосов |
|
|
Песок мелкий |
1,50?2,50 |
Примечание: Вычисленные значения ширины для всех каналов округляем до ближайшего полуметра.
Смоченный периметр определяется по формуле:
Гидравлический радиус сечения
Коэффициент Шези можно найти по формуле:
где - коэффициент шероховатости, который принимается в земляном русле в зависимости от расхода.
Все расчеты сводим в табличную форму:
Таблица 3.2 - Расчет расходных характеристик
|
Расчетные формулы |
Ед. изм. |
Назначаемая величина |
||
|
м2 |
37,5 |
37,5 |
||
|
м |
18,7 |
15,9 |
||
|
м |
26,3 |
24,4 |
||
|
м |
1,4 |
1,5 |
||
|
м0.5/с |
1,1 |
1,1 |
3.2.3 Расчет отводящего канала
При однообразных грунтах по всей трассе водосброса размеры отводящего канала принимаем равным размерам подводящего канала в сечении II-II. При различных грунтах расчетная скорость , заложения откосов , коэффициент шероховатости n применяем соответственно грунтам второго слоя основания плотины.
3.2.4 Проектирование и расчет сопрягающих сооружений
Быстротоки представляют собой сопрягающие сооружения в местах сосредоточенного падения местности, в которых вода проходит с большими скоростями.
2. Гидравлический расчет быстротока
Расчет быстротока заключается в определении глубины потока по его длине, размере успокоителя, рисбермы, водобойного колодца либо стенки и выполняется в последовательности (рис. 3.2):
Рис. 3.2 - Расчетная схема быстротока
1. Находим ширину входной части:
где Q - расход водосброса, м3/сек;
- ускорение свободного падения;
- коэффициент расхода, зависящий от конструктивного оформления входной части (принять равным 0,36);
- полный напор на пороге водослива, с учетом скорости подхода (м), находим по формуле:
где - напор на пороге водослива (м), равен глубине потока в конце подводящего канала h2, м;
- коэффициент скорости;
- скорость подхода (м/с), определяем по формуле:
где - площадь живого сечения потока в подводящем русле (конце подводящего канала), м2.
Ширина входа и определяет ширину водосбросного сооружения .
Полученный водосливной фронт разбиваем на пролеты, округлив их до стандартных размеров. Ширину пролетов принимаем равной (м) - 4 м.
Вычисляем удельный расход:
3. Вычисляем критическую глубину - глубину, при которой для заданного расхода удельная энергия в сечении имеет наименьшее значение:
где: - коэффициент скорости;
- удельный расход, м/сек;
- ускорение свободного падения.
4. Вычисляем нормальную глубину - глубину равномерного движения:
где: - коэффициент шероховатости для бетонных лотков;
- уклон лотка быстротока;
- гидравлический радиус;
- ширина лотка, м.
5. Принимаем глубину воды в конце лотка:
6. Для быстротока без стенки падения за сжатую глубину принимаем глубину в конце лотка:
7. Сопряженную глубину находим по формуле:
Если , то прыжок в нижнем бьефе отогнан. Сопряжение по типу отогнанного гидравлического прыжка не допускается, поэтому в подобных случаях необходимо затопить прыжок искусственно, с помощью водобойного колодца или водобойной стенки,
где:
- бытовая глубина воды в нижнем бьефе (глубина воды в отводящем канале), м.
8. Глубина колодца ориентировочно равна:
где: - коэффициент запаса на затопление прыжка.
9. Длину водобойного колодца определяем по формуле:
где: - длина прыжка, определяемая для прямоугольного русла по формуле:
10. Вычисляем длину рисбермы:
11. Скорость течения воды в конце быстротока:
Допускаемая скорость для бетонных лотков м/сек.
Если скорость в конце быстротока превышает допустимую, то проектируем лоток с искусственной шероховатостью.
На миллиметровке в выбранном масштабе (обычно 1:200 - 1:400) вычерчиваем расчетную схему быстротока.
3.3 Водоспускное сооружение
3.3.1 Выбор типа конструкции
Для полного или частичного опорожнения водохранилища при ремонте, осмотре сооружения со стороны верхнего бьефа, для промывки или очистки насосов в водохранилище, а также для освежения воды в рыбоводных прудах, устраиваются водоспуски (донные выпуски).
Трубчатые водоспуски широко применяются в гидроузлах с плотинами из грунтовых материалов небольшой и средней высоты для пропуска санитарных расходов и опорожнения водохранилища. Они выполняются из одной или нескольких труб, снабженных затворами, и устройствами для приема воды и управления затворами в виде башни или камеры. Водоспуски с башнями называют башенными, а с камерами - безбашенными.
Применяемые в водоспусках водопропускные трубы представляют собой железобетонные галереи или стальные трубопроводы, прокладываемые в грунте основания или в теле плотин.
Водоспуски в зависимости от их назначения работают постоянно или периодически. Водоспуски, используемые для постоянной работы, например для полезных попусков воды в нижний бьеф, должны иметь не менее двух независимо работавших ниток трубопроводов для возможности отключения одной из них на ремонт в процессе эксплуатации.
Трубчатые водоспуски снабжают, как правило, двумя затворами - ремонтным и рабочим. Башни и камеры управления затворами размешают как в начале водоспуска (при прокладке стальных труб в железобетонной галерее), так и в конце него (при прокладке труб непосредственно в грунтах без галерей). При небольших напорах наиболее удобным в эксплуатационном отношении является устройство задвижки на выходе. Для предупреждения промерзания труб и задвижки на выходе необходимо предусмотреть утепление колодца.
Входная часть водоспуска делается с небольшим уширением и перекрывается металлической решеткой.
Подходные участки к водоспускам выполняются в виде каналов, рассчитанных на пропуск строительного расхода. Крепление их откосов и дна предусматривается в виде каменной мостовой или бетонных плит в зависимости от скорости течения.
Башни водоспусков устраиваются чаще с круглым сечением в плане, их внутренний диаметр назначается в зависимости от диаметра прокладываемых в них трубопроводов и размеров внутренних устройств, но не менее 2,5-3,0 м.
Металлические трубы в теле плотины укладываются на специально подготовленный бетонный фундамент или бетонные опоры и лишь в малоответственных сооружениях - непосредственно на уплотненный грунт с последующим тщательным уплотнением засыпки вокруг труб. Снаружи трубы покрывают антикоррозионными покрытиями.
Железобетонным напорным трубопроводам и галереям задают внутри круглое очертание поперечного сечения, а снаружи вверху - круглое, у подошвы - плоское для более равномерной передачи нагрузки на основание. Внешнюю поверхность галерей обычно защищают гидроизоляционными покрытиями и слоем водонепроницаемою грунта.
Донные водоспуски устраивают из стальных, бетонных, ж/бетонных или чугунных труб диаметром 0,2 - 0,8 м. Для обеспечения прочности труб при осадке плотины и для уменьшения фильтрации вдоль трубы устраиваются ж/бетонные диафрагмы (реборды, манжеты, козырьки) высотой 0,4…1,0 м, на стальных трубах - стальные диафрагмы, располагая их в местах стыков отдельных звеньев труб. Длину звеньев труб принимают от 2 до 10 м. Вокруг них укладывается слой глины, глинобетона или тяжелого суглинка слоем не менее 0,5 м.
Для гашения энергии в конце трубы предусматривают водобойный колодец (при расходах от 1 до 4 м3/сек) глубиной 0,25…0,50 м и длиной 3,0…8,0 м.
3.3.2 Проектирование и расчет донного водоспуска
Безбашенный трубчатый донный водоспуск.
При проектировании водоспусков решаем следующие задачи:
определяем местоположение сооружения в составе гидроузла;
устанавливаем значение расчетного расхода водоспуска;
определяем конструкцию и размеры сооружения.
Ось водоспуска рекомендуется трассировать по возможности перпендикулярно к оси плотины в пониженных местах поймы. Трубу водоспуска располагаем на коренных породах.
Входное отверстие водоспуска размещаем на отметках, обеспечивающих возможность сработки водохранилища до заданного уровня. Ориентировочно ось входного оголовка трубы водоспуска расположим на 1…1,5 м ниже отметки уровня мертвого объема. Ось выходного оголовка разместим на отметке, соответствующей уровню воды в нижнем бьефе при пропуске водоспуском максимального расхода.
Расчетный расход водоспуска назначаем из условия обеспечения сработки водохранилища до необходимого уровня за заданный период времени, пропуска санитарных или строительных расходов. При многоцелевом назначении водоспуска принимаем наибольший из необходимых расходов.
Размеры труб водоспуска при неподтопленном выходном отверстии определяем из формулы
где - расход водоспуска, м3/сек (указывается в задании, или вычисляется по
данным емкости водохранилища и времени его опорожнения);
- коэффициент расхода, принимаемый равным 0,4…0,6;
- площадь поперечного сечения трубы водоспуска, м2;
- напор, равный расстоянию от уровня воды в верхнем бьефе до оси трубы, м;
- напор, равный разности отметок уровней воды верхнего и нижнего бьефов.
Имея заданный расчетный расход напор или , определим диаметр трубы
При примем одноочковую трубу.
Список литературы
1. Анохин А.М., Михеев П.А., Мордвинцев М.Н., Отверченко Н.К., Шелестова Н.А. и др. Гидротехнические сооружения. Сборник задач и упражнений.- Новочеркасск, 1998. Авторы - преподаватели кафедры ГТС Новочеркасской гос. мелиоративной академии.
2. Гидротехнические сооружения под ред. доктора тех. наук, профессора Розанова Н.П. Москва, Стройиздат, 1978-647с. Учебное пособие для вузов.
3. Журавлев Г.И. Гидротехнические сооружения.- М.: Колос, 1979.- 423 с., ил. - (Учебники и учеб. пособия для с.-х. техникумов).
4. Волков И.М., Кононенко П.Ф. Проектирование гидротехнических сооружений. П 79 М., Колос. 1977. - 384 с., ил. - (Учебники и учеб. пособия для высш. с.-х. учеб. заведений).
5. Курсовое и дипломное проектирование по гидротехническим сооружениям. Под ред. В.С. Лапшенкова. - М.: Агропромиздат, 1989. - 448 с.
6. СНиП 2.06.05-84* Плотины из грунтовых материалов. - М.: Стройиздат, 1984. - 31 с.
7. СНиП 2.05.02-85. Автомобильные дороги (с изменениями и дополнениями). - М.: Стройиздат, 2001.
Приложение А
Таблица А1 - Осредненные значения физико-механических характеристик грунтов
|
Грунты |
Угол внутреннего трения, ц 0 |
Удельное сцепление, С, т/м2 |
Пористость |
Удельный вес, т/м3 |
Объемный вес, т/м3 |
|||
|
при естественной влажности |
при насыщении водой |
|||||||
|
естествен- ной влажности |
насыщенного водой |
|||||||
|
Глина |
20-26 |
12-16 |
3,0-6,0 |
2,0-3,5 |
0,35-0,5 |
2,74 |
1,37-1,78 |
|
|
Суглинок |
21-27 |
15-20 |
2,0-4,0 |
1,5-3,0 |
0,35-0,45 |
2,71 |
1,49-1,76 |
|
|
Супесь |
25-30 |
20-23 |
0,5-1,3 |
0,3-0,5 |
0,30-0,45 |
2,70 |
1,49-1,89 |
|
|
Песок: пылеватый |
Подобные документы
Конструирование поперечного профиля плотины. Противофильтрационные устройства. Расчет однородной плотины с дренажным банкетом на водонепроницаемом основании. Расчет устойчивости откосов. Проектирование водовыпуска для пропуска воды в оросительный канал.
курсовая работа [322,6 K], добавлен 02.04.2014Конструирование поперечного профиля и элементов плотины: гребня, берм, дренажа, противофильтрационных устройств. Расчет устойчивости откосов, экрана, защитного слоя. Гидравлический расчёт водосбросного сооружения. Схема пропуска строительных расходов.
курсовая работа [502,5 K], добавлен 05.01.2013Расчетное обоснование проекта подпорного гидроузла, состоящего из грунтовой плотины и паводкового водосброса. Компоновка сооружений гидроузла; конструирование поперечного профиля и элементов плотины. Гидравлические расчёты водосбросного сооружения.
курсовая работа [86,8 K], добавлен 11.06.2012Выбор принципиальной схемы плотины. Определение максимальных расходов воды, ширины водосливного фронта плотины. Проектирование профиля водосливной плотины. Определение гидростатического давления воды. Расчет водобойных сооружений, башенные водосбросы.
дипломная работа [776,0 K], добавлен 26.12.2012Гидрологические и водохозяйственные расчеты в строительстве рыбоводных хозяйств. Виды гидротехнических сооружений и их устройства. Основные элементы земляной плотины. Проектирование сбросных каналов. Трассирование магистрального канала, заложение откосов.
презентация [9,0 M], добавлен 19.09.2016Конструирование гидроузла: выбор створа и описание компоновки сооружений. Проектирование плотины из грунтовых материалов, водосбора, водовыпуска. Оценка общей фильтрационной прочности тела и основания плотины. Расчёт пропуска строительных расходов.
курсовая работа [6,9 M], добавлен 01.02.2011Определение класса капитальности сооружения и основных размеров глухой плотины. Гидравлический расчет водосливной плотины, сопряжения бьефов, основных размеров элементов подземного контура. Определение параметров гидравлического прыжка за плотиной.
курсовая работа [151,7 K], добавлен 01.11.2012Определение требуемой плотности грунта насыпи и защитного слоя. Проектирование поперечного профиля насыпи и конструкции укрепления откосов. Определение нагорной канавы и ее укреплений. Разработка противопучинных мероприятий в выемке. Расчеты устойчивости.
курсовая работа [514,9 K], добавлен 17.03.2014Распределение земляных масс и составление исходного продольного профиля. Определение продолжительности производства работ, состава комплектов машин и комплексных бригад. Технологическая карта на разработку выемки экскаватором и проектирование забоя.
курсовая работа [739,5 K], добавлен 18.06.2012Административное и хозяйственное значение Орловской области. Расчет перспективной интенсивности движения. Проектирование поперечного профиля земляного полотна. Определение объемов земляных работ и проектирование малых водопропускных сооружений.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 13.04.2012
