45

Міністерство аграрної політики України

Дніпропетровський державний аграрний університет

Кафедра сільськогосподарських

гідротехнічних меліорацій

„Гребля з ґрунтових матеріалів з водоскидною спорудою”

(пояснювальна записка до курсового проекту з дисципліни „Гідротехнічні споруди”)

Виконала

ст. гр.ГМ-1-01-06

Котусенко О.Л.

Керівник

ас. Рац О.Ю.

Дніпропетровськ - 2009

Зміст

Вступ

1. Розміщення і вибір конструкції земляної греблі

1.1 Вибір створу греблі

1.2 Вибір і обґрунтування типу греблі

1.3 Призначення класу капітальності споруд

2. Проектування поперечного профілю греблі

2.1 Обрис укосів греблі

2.2 Гребінь греблі

2.3 Берми греблі

3. Визначення відмітки гребня греблі

3.1 Загальні положення

3.2 Висота вітрового нагону

3.3 Висота накату хвиль на укіс

3.4 Призначення відмітки гребня греблі

4. Кріплення укосів земляної греблі

4.1 Основні положення

4.2 Кріплення кам'яним накидом

4.3 Підготовка під кріплення

4.4 Кріплення низового укосу

5 Протифільтраційні пристрої греблі.

6. Дренажні пристрої греблі

7. Сполучення тіла греблі з берегами і підвалиною

8. Розрахунки сталої фільтрації через земляну греблю

8.1 Загальні положення

8.2 Прийняті позначення

8.3 Найпростіші прийоми і формули, що використовуються при фільтраційних розрахунках земляних гребель

8.4 Розрахунок однорідної греблі

8.5 Розрахунок фільтраційної міцності земляної греблі

9. Розрахунок стійкості низового укосу греблі

9.1 Загальні положення

9.2 Визначення діючих сил

10. Розрахунок водоскидної споруди

10.1 Загальні положення

10.2 Розрахунок вхідної частини

10.3 Розрахунок транзитної частини

10.4 Розрахунок водобійної стінки

Висновок

Список використаної літератури

Вступ

Гідротехніка - галузь науки та техніки, що охоплює питання використання водних ресурсів, їх охорона та боротьба зі шкідливою дією води.

Метою даної курсової роботи є проект греблі із ґрунтових матеріалів із водоскидною спорудою - баштовим водоскидом.

Для досягнення даної мети нам необхідно визначити:

1) розміщення і вибір конструкції земляної греблі (створу, типу греблі, класу капітальності споруди);

2) проектування поперечного профілю (гребінь, берми, обрис укосів греблі);

3) відмітку гребня греблі;

4) кріплення кам'яним накидом, низових укосів;

5) протифільтраційні пристрої;

6) дренажні пристрої греблі;

7) сполучення тіла з берегами і підошвою;

8) сталу фільтрацію через греблю;

9) діючі сили, стійкість низового укосу;

10) водоскидну споруду (водобійний колодязь, водопровідну частину, вхідну частину).

1. Розміщення і вибір конструкції земляної греблі

1.1 Вибір створу греблі

У відповідності до СНиП 2.06.05-84 створ греблі варто вибирати на підставі техніко-економічного зіставлення варіантів в ув'язуванні з компонування гідровузла та в залежності від топографічних, гідрологічних та інженерно-геологічних умов площадки будівництва та вимог охорони природного середовища.

За інших рівних умов, як правило, віддають перевагу створу греблі в найбільш вузькій частині долини річки, що складена скельними породами. При цьому варто враховувати:

а) необхідність розташування водопропускних споруд таким чином, щоб виключити можливість небезпечних розмивів берегів і підмивання греблі при скиданні води в нижній б'єф;

б) можливість пропускання води через створ греблі в період її будівництва , а також можливість прокладки по греблі і на підходах до неї доріг різного призначення як у період будівництва, так і її експлуатації;

в) доцільність включення у тіло греблі перемичок, необхідних для перекриття русла рік у період будівництва гідровузлу;

г) режим витрат та рівнів водотоку;

д) умови пропускання льоду, наносів, лісу, судів, риби й інші спеціальні вимоги, що висуваються до таких об'єкта.

У даному курсовому проекті розміщуємо створ греблі перпендикулярно до горизонталей.

1.2 Вибір і обґрунтування типу греблі

Тип греблі варто вибирати в залежності від топографічних і інженерно-геологічних умов підвалини і берегів, гідрологічних і кліматичних умов району будівництва, величини напору води, наявності грунтових матеріалів, сейсмічності району, загальної схеми організації будівництва і виробництва робіт, особливостей пропускання будівельних витрат води, термінів запровадження в експлуатацію й умов експлуатації греблі. Тип і конструкцію греблі варто вибирати на підставі техніко-економічного порівняння варіантів, що враховують технологію будівельних робіт і загальне компонування гідровузла.

В підвалині нашої греблі залягають водопроникні грунти глибиною до 3 м (піски) то з метою попередження великих втрат води на фільтрацію, влаштовуємо зуб із заглибленням у водоупор на 0,5-1,25 м.

1.3 Призначення класу капітальності споруди

Клас капітальності земляної насипної греблі залежить від типу грунтів підвалини і висоти греблі (табл. 1.1). Тому для визначення класу капітальності будуємо подовжній профіль по осі греблі, використовуючи план місцевості в горизонталях. Повздовжній профіль і план розташовують так, щоб лівий берег був зліва, правий - справа. На побудований профіль наносяться геологічні шари, потужність яких зазначена в завданні. Геологічні свердловини на поздовжньому профілі розташовують відповідно до плану.

При виборі класу капітальності споруд необхідно встановити висоту греблі. На даному етапі проектування вона визначається орієнтовно за залежністю

,	(1.1)

де	ФПР	-	відмітка форсованого підпірного рівня, м;
	Пmin	-	найменша відмітка поверхні землі на створі греблі, м;
	hг	-	орієнтоване перевищення відмітки гребеня греблі над розрахунковим рівнем (табл. 1.2), м.

Таблиця 1.1 Визначення класу капітальності земляної греблі

Назва водопідпірних споруд	Типи грунтів підвалині	Висота споруд (м) при їх класі
		I	II	III	IV
Греблі з грунтових матеріалів	А Б В	>100 > 75 > 50	70-100 35 - 75 25 - 50	25 - 70 15 - 35 15 - 25	< 25 < 15 < 15

Примітка: 1. Грунти: А - скельні; Б - пісчані, крупнообломочні і глинисті у твердому і напівтвердому стані; В - глинисті водонасичені в пластичному стані.

Значення перевищення відмітки гребня над ФПР орієнтовно приймають у залежності від глибини води у верхньому б'єфі d,

.	(1.2)

Обраний розмір перевищення гребня греблі над ФПР і орієнтовно підрахована висота греблі використовуються тільки для попереднього визначення класу споруди і вибору коефіцієнтів закладення укосів. У залежності від висоти греблі і типу грунтів підвалини приймаємо клас основних споруд гідровузла (табл.1.1).

Таблиця 1.2 Визначення перевищення гребня греблі над ФПР

Глибина біля греблі d, м	Величина перевищення hг, м
5	1,5
10	2,0
20	3,0
30	4,5

У нашому випадку , тоді h_г приймаємо рівним 3м.

У цьому випадку h = 106,5 - 96 + 3 = 7,5м.

В залежності від двох отриманих величин вибираємо клас капітальності земляної греблі - IV клас.

2. Проектування поперечного профілю греблі

2.1 Обрис укосів греблі

Крутизна укосів земляної греблі характеризується коефіцієнтами їх закладення верхового - m_h, та низового - m_t. Розмір коефіцієнтів закладення укосів греблі залежить від фізико-механічних властивостей ґрунтів укосів і підвалини, діючих на укоси сил (власної ваги ґрунту, впливи води, зовнішніх навантажень на гребені й укосах), висоти греблі і виробництва робіт.

Таблиця 2.1 Коефіцієнти закладення укосів

Висота греблі, м	Верхового, mh	Низового, mt
		без дренажа	з дренажем
5	2	1,5	1,5
6 -10	2,5	2,0	1,5 - 2,0
11 -15	2,5 - 3		2,0 - 2,5
16 -30	3 - 3,5		2,0 - 2,5

На попередніх стадіях проектування закладення укосів земляних гребель призначають, базуючись на досвіді будівництва й експлуатації аналогічних споруд, з обов'язковою перевіркою розрахунком стійкості обраної крутизні укосів. За даними аналізу побудованих однорідних земляних гребель на щільних ґрунтах рекомендується приймати коефіцієнт закладення укосів, що наведені в _адов. 2.1.

Приймаємо коефіцієнт закладання верхового укосу m_h = 2,5, а низового m_t = 2.

2.2 Гребінь греблі

Ширина гребня греблі встановлюється в залежності від умов виробництва робіт і експлуатації (використання гребня для проїзду, проходу та з ін. Метою), але не менше 4,5 м.Якщо передбачається спорудження дороги, то ширина гребня повинна визначаться за СниП 2.05.02-85 (табл. 2.2).

Таблиця 2.2 Ширина гребня греблі

Параметри елементів доріг	Категорії доріг
	I	II	III	IV	V
Число полос руху, шт.	4	2	2	2	1
Ширина полоси руху, м	3,75	3,75	3,50	3,00	-
Ширина проїзжої частини b pr, м	15	7,5	7,0	6,0	4,5
Ширина обочин bob, м	3,75	3,75	2,50	2,00	1,75
Ширина розділюючої смуги, м	5,00	-	-	-	-
Ширина земляної смуги bup, м	27,5	15,0	12,0	10,0	2,0

Для забезпечення стоку атмосферної води гребінь греблі робиться з поперечним похилом в обидві сторони від осі. Поперечні похили проїзної частини будуть рівнятися 0,02.

Уздовж проїзжої частини по гребені греблі відповідно до ГОСТу 23457-86 встановлюють огородження у видгляді надовбів висотою 0,8 м відстанню 2 м один від іншого.

2.3 Берми греблі

При проектуванні поперечного переріза однорідної земляної греблі на її укосах варто передбачати берми, визначаючи їхнє число в залежності від закладення укосу, висоти греблі, умов виробництва робіт, типів кріплення.

На низовому укосі берма передбачається для організації службових проїздів, збору і відводу атмосферних вод. Берми призначаються приблизно через 8-15м по висоті від гребня греблі. Ширина берми з умов виробництва робіт і експлуатації приймається не менше 3 м. Для скидання поверхневих вод із низового укосу в нижній б'єф берма повинна проектуватись з похилом від центральної частини греблі до берегів, що забезпечують пропускання витрати по залізобетонному лотку, що в місцях сполученням греблі з берегами з'єднуються з дренажною канавою.

На верховому укосі берма передбачається біля нижньої межі його кріплення для створення необхідного упора. При виробництві робіт берма на верховому укосі використовується для роботи під'ємно-транспортних механізмів, наприклад при укладці плит кріплення на верховий укіс, тому її ширина приймається не менше 3 м.

У висотному відношенні берма на верховому укосі розташовується на нижній межі кріплення верхового укосу, що призначається на глибині 2h_1%, або 1,5t, де t - товщина крижаного покрову , рахуючи від мінімального рівня водосховища . У даному курсовому проекті за мінімальний рівень водосховища варто приймати рівень мертвого об'єму. Таким чином, відмітка розташування берми на верховому укосі дорівнює

,	(2.1)

Також у нвшому випадку відсутня необхідність у влаштуванні берми на низовому укосі, оскільки ми маємо наслонний дренаж , ширина якого становить 5м.

3. Визначення відмітки гребня греблі

3.1 Загальні положення

Гребінь греблі розташовують на відмітці, що виключає можливість переливу води через нього. Перевищення гребня греблі слід визначати для двох випадків стояння рівня води у верхньому б'єфі:

а) при нормальному підпірному рівні (НПР) або при більш високому рівні, що відповідає пропусканню максимального паводка, що входить в основне сполучення навантажень і впливів;

б) при форсованому підпірному рівні (ФПР), при пропусканні максимального паводка, що відноситься до особих сполучень навантажень і впливів.

Перевищення гребня греблі h_s в обох випадках визначається за формулою:

,	(3.1)

де		-	вітровий нагін води у верхньому б'єфі, м;
		-	висота накату вітрових хвиль забезпеченістю 1%, м;
	a	-	запас перевищення гребня греблі; варто приймати не менше 0,5 м.

При визначенні перших двох складових формули (3.1) швидкість вітру при основному сполученні навантажень і впливів (при НПР) треба приймати забезпеченістю 4% - для III, IV класів, а при особому сполученні навантажень і впливів (при ФПР) розрахункова швидкість вітру приймається забезпеченістю для IV- 50%.

З двох отриманих результатів розрахунку вибирають більш високу відмітку гребня греблі.

3.2 Висота вітрового нагону

Висота вітрового нагону h_set, м, припускається визначати за формулою

,	(3.2)

де		-	розрахункова швидкість вітру на висоті 10 м над водосховищем, м/с;
		-	довжина розгону хвилі, м;
		-	кут між подовжньою віссю водоймища і напрямком вітру , град;
		-	коефіцієнт, що приймається в залежності від швидкості вітру, який можна прийняти як *(-107)

Таблиця 3.1 Розрахунок висоти вітрового нагона

Показники	при НПР	при ФПР
, м/с	20	16
, км	6,0	6,5
	0,05	0,03

3.3 Висота накату хвиль на укіс

Для визначення висоти накату хвилі h_run1% на верховий укіс необхідно визначити висоту хвилі розрахункової забезпеченості h_1% і її елементи: довжину хвилі (d_і період хвилі Т (рис.Д.3.2). Всі зазначені розміри визначаються за СниП 2.06.04-82* .

Розрахунки в курсовому проекті ведуться для глибоководної зони, тобто в припущенні d>0,5_d. За значеннями безрозмірних величин gt/V_w і gL/V²_w і верхньої огинаючої кривої визначають значення gh_d/V²_w і gT/V_w і за меншими їхніми значеннями приймають середню висоту і середній період хвиль. У цих виразах: g- прискорення вільного падіння, м/с²; t - безупинна тривалість дії вітру , с; V_w - розрахункова швидкість вітру , м/с; L - довжина розгону вітрової хвилі по напрямку вітру, м.

Довжина розгону хвилі - це максимальна відстань по прямої між урізом води і створом греблі. Тобто кожному рівню відповідає своє положення урізу води, а довжину розгону хвилі L знаходять і для НПР, і для ФПР. Для цього на топографічну зйомку ложа водоймища, що проектується наносять розрахункові рівні НПР і ФПР і знаходять довжину розгону при цих рівнях. У дійсному курсовому проекті L задана у вихідних даних.

При відсутності відомостей про тривалість дії вітру допускається для попередніх розрахунків приймати t = 6 год.

Середню довжину (м) хвилі _d при відомому значенні Т визначають за формулою

.	(3.3)

Висоту хвилі i %-ї забезпеченості визначають за формулою

.	(3.4)

Коефіцієнт k_i , визначається за графіком (рис.4). Для цього безрозмірну величину gL/V²_w відкладають на горизонтальній шкалі графіка. По ній і розрахунковій забезпеченості (1%) на вертикальній шкалі знаходять значення коефіцієнта k_i. Аналогічно знаходяться значення k_i для іншої забезпеченості.

Висота накату хвилі на укіс забезпеченістю 1% при глибині перед греблею d ? 2h_1% визначається за формулою

,	(3.5)
де	kr та kp	-	коефіцієнти шорсткості і проникності укосу, приймаються за табл. 3.6;
	ksp	-	коефіцієнт, що приймається за табл. 3.7;
	krun	-	коефіцієнт, що визначається за графіками на рис.П.3.4 у залежності від пологості хвилі d / hd1% на глибокій воді;
	k	-	коефіцієнт, що враховує кут підходу фронту хвилі до споруди приймається за табл. 3.8;
	h1%	-	висота хвилі забезпеченістю 1%, м.

Таблиця 3.2 Коефіцієнти k_r і k_p

Конструкція кріплення укосу	Відносна шорсткість r / h 1%	kr	kp
Бетонними (з/б) плитами		1	0,9
Гравійно-галечникове,	Менше 0,002	1	0,9
або кріплення бетонними	0,005-0,01	0,95	0,85
(залізобетонними) блоками	0,02	0,9	0,8
	0,05	0,8	0,7
	0,1	0,75	0,6
	0,2	0,7	0,5

Для знаходження krun попередньо необхідно визначити пологість хвилі _d / h1%, де _d - середня довжина вітрової хвилі.

Таблиця 3.3 Коефіцієнт k_sp

Значение ctg	1-2	3-5	> 5
Коефіцієнт ksp при швидкості вітру Vw, м/с: 20 та більше	1,4	1,5	1,6
10	1,1	1,1	1,2
5 та менше	1	0,8	0,6

Таблиця 3.4 Коефіцієнт k

Кут , град	0	10	20	30	40	50	60
Коеф. K	1	0,98	0,96	0,92	0,87	0,82	0,76

Знаючи величини k_r, k_p, k_sp, k_run, h_1%, k находять висоту накату хвилі на укіс h_run за формулою (3.5).

Проводимо розрахунок висоти накату хвиль в табличній формі (табл. 3.5)

Таблиця 3.5 Розрахунок висоти накату хвиль

Параметри для визначення h1%	При НПР (4% забезпеченість)	При ФПР (50% забезпеченість)
gt/Vw	10595	13244
gL/V2w	147	249
gT/Vw	4,00	5,20
ghd/V2w	0,018	0,028
Т	8,20	8,50
hd	0,73	0,73
d	105	113
К1%	2,10	2,11
h1%	1,533	1,5403
kг	0,70	0,70
kр	0,50	0,50
ksp	1,45	1,45
krun	2,70	2,70
k	1,00	1,00
hrun	2,10	2,06

3.4 Призначення відмітки гребня греблі

Знаючи значення h_run1% , h_set , підраховані для двох розрахункових рівнів НПР та ФПР визначають перевищення гребня греблі над НПР

;	(3.6)

та над ФПР

.	(3.7)

У нашому випадку = 2,65м, = 2,59м.

Потім варто визначити відмітку гребня греблі для двох випадків, що розглядуються. Відмітка гребня при розрахунковому рівні НПР дорівнює

;	(3.8)

при розрахунковому рівні ФПР

.	(3.9)

З двох отриманих результатів розрахунку відмітки гребня греблі, що проектується, вибирають більш високу відмітку й округляють її убік запасу до 0,1 м.

м;

м.

Приймаємо відмітку гребня греблі рівним 109,1м.

4. Кріплення укосів земляної греблі

4.1 Основні положення

Укоси земляних гребель повинні бути захищені спеціальними кріпленнями, розрахованими на вплив хвиль, льоду, течій води, атмосферних опадів і інших руйнуючих чинників.

Для захисту верхового укосу, як правило, варто приймати такі види кріплень:

а) кам'яні ( насипні);

б) бетонні монолітні , залізобетонні збірні і монолітні;

в) асфальтобетонні;

г) біологічні.

Вид кріплення варто встановлювати виходячи з техніко-економічної оцінки варіантів з урахуванням характеру грунту тіла греблі і підвалини, агресивності води, довговічності кріплення в умовах експлуатації, архітектурних вимог

Кріплення верхового укосу греблі ділиться на основне, розташоване в зоні максимальних хвильових і льодових впливів, і полегшене - нижче основного кріплення.

У даному курсовому проекті кріплення верхового укосу варто передбачати кам'яним накидом. Верхньою межею кріплення верхового укосу варто вважати гребінь греблі. На нижній межі кріплення проектується берма, на якій розташовується упор, призначений для запобігання сповзання кріплення під впливом хвилястих навантажень.

Нижню межу основного кріплення призначають, рахуючи від мінімального рівня спрацювання водосховища на глибині

h1 = 2h1% .	(4.1)
h1 = 2 1,54 = 3,08м .

4.2 Кріплення кам'яним накидом

Товщину кам'яного накиду з не сортованого каменю рекомендується визначати за формулою

ts= 3 ds85% ,	(4.2)

де d_s85% - діаметр каменю в кам'яному накиду, приведеного до шару.

Він визначається за залежністю

.	(4.3)

Маса (т) окремого каменю m або m_z, що відповідає стану його граничної рівноваги від впливу вітрових хвиль на укосі, необхідно визначати:

a) при розташуванні каменю на ділянці укосу від верха споруди до глибини z=0,7h за формулою

;	(4.4)

b) те ж, при z>0,7h за формулою

,	(4.5)

де .	kfr	-	коефіцієнт, що враховує форму каменю, приймається рівним 0,025;
	m	-	щільність каменю, т/м3;
	h2%	-	висота хвилі 2%-ї забезпеченості; визначається за формулою (3.4) для випадку ФПР, м;
		-	щільність води, т/м3 ;
	mh	-	закладення верхового укосу ;
		-	розрахункова довжина хвилі (ФПР), м.

Щільність каменю в кам'яному накиду і води в даному курсовому проекті приймаємо відповідно рівними 2,4 і 1,0, т/м³.

У нашому випадку отримаємо

= 0,74;

м.

Кам'яний накид покладена на укіс у декілька шарів укладається на одношарову або багатошарову підготовку, розташовану по типу зворотного фільтра .

При кріпленні верхового укосу кам'яним накидом упор, що споруджується на нижній межі кріплення, також виконується з каменю.

4.3 Підготовка під кріплення

Підготовка під кріплення, що грає також роль зворотного фільтра можуть складатися з одного шару різнозернистого матеріалу або з двох, трьох шарів різноманітних по крупності часток матеріалів.

Число і товщина шарів підготовки, а також вид матеріалу підбирається в залежності від виду грунту укосу.

На пісчаних укосах у якості підготовки під кам'яним накидом може бути прийняте посипання з двох шарів щебеню і крупного піску товщиною по 0,15-0,30 м

При укладці підготовки на глинистий грунт влаштовують один шар підготовки (наприклад щебеню фракції 40-60мм) , товщиною 0,2м.

Під монолітним залізобетонним кріпленням укладається один шар підготовки з грубозернистого матеріалу товщиною не менше 0,20 м.

Під відкритими швами (температурними й осадочними) укладку підготовки здійснюють по типу зворотного фільтра, як і для кріплення у вигляді кам'яного накиду з доведенням ширини в плані самого нижнього шару не менше 1,0 м.

У нашому випадку в якості підготовки під кам'яним накидом приймаємо відсипку із двох шарів щебеню і крупного піску товщиною 0,3м.

4.4 Кріплення низового укосу

Кріплення низового укосу передбачається для попередження його від руйнуючої дії зовнішніх чинників (атмосферних опадів, вітру й ін.)

Якщо низовий укіс зложений із грубозернистих матеріалів (щебінь, пісчано-гравійний грунт ), то допускається лишати його без кріплення.

В якості кріплення низового укосу рекомендується приймати такі типи кріплень:

а) шар щебеню або гравію товщиною 0,2 м;

б) залуження багаторічними травами.

При зміцненні низового укосу залуженням товщина шару рослинного грунту, що насипається на укіс, при пісчаних грунтах приймаємо - 20 см .

5. Протифільтраційні пристрої греблі

Протифільтраційні пристрої в тілі і підвалині греблі призначені для зменшення фільтраційної витрати, недопущення фільтраційних деформацій грунту греблі і її підвалини, а також для підвищення стійкості низового укосу.

Зазначені пристрої варто виконувати зі слабоводопроникних грунтів (суглинних і глинистих) або негрунтовых матеріалів (бетону, залізобетону полімерних, бітумних матеріалів та ін.) у виді верхової або центральної протифільтраційної призми, екрана, діафрагми, ядра, понура, шпунта, стінки, цементаційної й інших завіс.

У даному курсовому проекті протифільтраційні пристрої необхідності приймати немає.

6. Дренажні пристрої греблі

Влаштування дренажу тіла земляної греблі варто передбачати з метою:

a) організованого відводу води, що фільтрується через тіло і підвалину греблі в нижній б'єф;

б) запобігання виходу фільтраційного потоку в низовий укіс і в зону, що промерзає;

в) економічно обгрунтованого зниження депресійної поверхні для підвищення стійкості низового укосу (внутрішній дренаж);

г) підвищення стійкості верхового укосу при швидкому зпрацюванні водосховища, а також для зняття порового тиску, що виникає при сейсмічних впливах. У даному курсовому проекті вибрати один із трьох типів дренажів, що широко застосовуються у практиці : трубчастий дренаж, дренажний бенкет або наслонний дренаж.

Наслонний дренаж рекомендується застосовувати на ділянках греблі, що перекривають затоплювану заплаву при відсутності на місці будівництва достатньої кількості каменю. Товщину наслонного дренажу варто призначати за умовами проведення робіт, але не менше величини

t = 5*ds,85 +tf,	(6.1)

де	ds,85	-	діаметр каменю, м;
	tf	-	товщина зворотного фільтра, приймається рівною 0,6 -1 м.

Перевищення гребня наслонного дренажу над максимальним рівнем води в нижньому б'єфі визначається з запасом на накат та нагон хвиль, але не менше 0,5 м.

T = 5^.0,84 + 0,8 = 5м.

7. Сполучення тіла греблі з берегами і підвалиною

Для запобігання небезпечної фільтрації по контакту земляної греблі з її підвалиною варто передбачати заходи, що забезпечує щільне сполучення грунту тіла греблі до грунту підвалини, залежать від характеру стану грунтів підвалини.

Підготовка берегів і підвалини зводиться до видалення лісу і чагарнику, викорчовуванню пнів видаленню рослинного шару і шару пронизаного кореневищами дерев і кущів або ходами землерийних тварин, а також до видалення грунту, що містить значну кількість органічних включень або солей, легко розчинних водою.

У курсовому проекті необхідно видалити рослинний шар грунту відповідно до інженерно-геологічних умов. Поверхня підготовленої м'якої підвалини повинна плавно слідувати за похилом місцевості. На ділянках із крутими схилами або при скельній підвалині сполучення провадиться за допомогою похилих уступів із горизонтальними площадками шириною 3-5м. Похил похилих уступів повинний бути не більше 1:10. При більш крутих і вертикальних уступах можливо утворення поперечних тріщин по вертикальних площинах, що проходять через бровки уступів,

Сполучення греблі з підвалиною проводиться в залежності від типу греблі і характеру грунту підвалини.

Якщо підвалина греблі є не проникною (глина, важкий суглинок), а гребля однорідна то сполучення проводиться за допомогою зуба , глибиною не менше 0,75 м . Коефіцієнт закладення укосів зуба m_z = 1,5 - 2,0, що ми і приймаємо у даному випадку.

8. Розрахунки сталої фільтрації через земляні греблі

8.1 Загальні положення

Розрахунки фільтрації в тілі греблі, підвалині і берегах варто виконувати для:

а) визначення фільтраційної міцності тіла греблі і її підвалини і берегів;

б) розрахунку стійкості укосів греблі і берегів;

в) обгрунтування найбільш раціональних і економічних форм, розмірів і конструкцій греблі, її протифільтраційних і дренажних пристроїв.

Фільтраційними розрахунками слід визначати такі параметри фільтраційного потоку в тілі греблі:

а) положення депресійної кривої;

б) фільтраційну витрату через тіло греблі;

в) градієнти напору фільтраційного потоку в тілі греблі, підвалині, у місцях виходу потоку в дренаж, у нижній б'єф за підошвою низового укосу, у місцях контакту грунтів із різними механічними характеристиками і на межі протифільтраційних пристроїв.

На підставі діючих градіентів фільтраційного потоку в підвалині земляної греблі необхідно вирішити питання про застосування і конструкцію протифільтраційних споруд у підвалині греблі.

8.2 Прийняті позначення

Практичні розрахунки сталої фільтрації води через земляні греблі повинні грунтуватись на сполученні уже відпрацьованих окремих найпростіших розрахункових прийомів і формул.

Z	-	напір на греблі;
hв та hн	-	глибина води відповідно у верхньому і нижньому б'єфах;
Т	-	заглиблення поверхні водоупору під поверхню підвалини греблі;
h1 та h2	-	заглиблення поверхні водоупору під рівень води у верхньому і нижньому б'єфах;
mв та mн	-	коефіцієнт закладення верхового і низового укосу греблі;
	-	перевищення відмітки просочування води на поверхню низового укосу над рівнем води в нижньому б'єфі;
Lур	-	горизонтальна відстань між урізами води верхнього і нижнього б'єфа;
q	-	питома фільтраційна витрата;
k	-	коефіцієнт фільтрації грунту (kо -підвалини, kт - тіла греблі, kя- ядра, kе -екрана, kп - понуру, kзб - зуба) ;
	-	товщина маловодопроникної перешкоди (е -екрана, п -понура, я- ядра, зб- зуба).

8.3 Найпростіші прийоми і формули, що використовуються при фільтраційних розрахунках земляних гребель

1. Формула Дюпюї. Як відомо, величина фільтраційної витрати в даному випадку виражається формулою Дюпюї

,	(8.1)
де	L	-	довжина грунтового масиву ,м;

Якщо зневажимо проміжком просочування , то крива депресії у даному випадку може бути побудована за формулою

,	(8.2)

де h_x-глибина в довільному перерізі WW, що знаходиться на відстані x від початку грунтового масиву.

8.4 Розрахунок однорідної греблі

Для побудови депресійної кривої у тілі однорідної греблі і визначення фільтраційної витрати необхідно:

1. Користуючись поняттям активної зони фільтрації, встановити розрахункове положення водоупору.

2. Користуючись поняттям приведеної зони фільтрації, привести грунт підвалини греблі до коефіцієнта фільтрації тіла греблі, при цьому встановлюємо приведене положення водоупору, яким надалі і користуємося.

3. Отриманий профіль греблі розбивають вертикалями W₁W₁ і W₂W₂ на три фрагмента (рис.5) . Вертикаль W₁W₁ проводять через точку А урізу води верхнього б'єфа. Вертикаль W₂W₂ проводять:

а) у випадку греблі з наслонним дренажем (рис.6) або греблі без дренажу - через точку В виходу кривої депресії на низовий укіс;

б) у випадку греблі з трубчастим дренажем (рис.7) або дренажним банкетом через внутрішній край дренажних пристроїв.

4. отриманий профіль греблі заміняють на розрахунковий прямокутний профіль, обрис якого показано на (рис.8) жирними лініями. Як очевидно, верхова вертикальна грань 4-3 розрахункового профілю, що доходить до приведеного водоупору, розташовується на відстані l_в=0,4_*h₁ від вертикалі W₁W₁; горизонтальне дно верхнього б'єфа знаходиться на рівні поверхні приведеного водоупору; горизонтальне дно нижнього б'єфа - на рівні дійсного дна нижнього б'єфа (рис.8, а), або на рівні підошви дренажу (рис.8, б). У останньому випадку коли нижній б'єф у дійсності сухий, рівень води нижнього б'єфа розташовують на рівні дійсного дна нижнього б'єфа. Низова вертикальна межа розрахункового профілю проходить по вертикалі W₂W₂.

5. Обчислюють висоту зовнішнього проміжку просочування:

Проміжок просочування для греблі визначається за формулою



,	(8.2)

де	Lo	-	горизонтальна відстань від урізу верхнього б'єфа до вертикалі W2W2.

6. Знаючи висотне положення точки В, знаходять глибину (див. 8)

.	(8.3)

7. За формулою Дюпюї визначають кінцеве (для схеми на рис.8,б) значення витрати

,	(8.4)

де	L	-	довжина;

Для нашого випадку

,	(8.5)

де L_о - горизонтальна відстань від урізу верхнього б'єфа до вертикалі W₂W₂.



8) Знаючи витрату, будують криву депресії АВ за формулою Дюпюї, що можна переписати у видгляді

,	(8.6)
де	hx	-	довільна глибина фільтраційного потоку;
	x	-	відстань від верхової вертикалі до перерізу де встановлюється глибина hx.

Проводимо розрахунки у табличній формі (табл. 8.1)

Таблиця 8.1

Розрахунок параметрів для побудови кривої депресії

x	5	10	15	20	25	30	35	40	45	50	53,4
hx	9,6	9,6	9,5	9,5	9,5	9,4	9,4	9,4	9,4	9,4	9,3

9. Маючи криву депресії АВ, коректують початкову ділянку: замінюючи криву аb (рис.8), отриману розрахунком, кривою Аb, що проводиться візуально так, щоб ця крива в точці А дійсного урізу води була нормальна до лінії укосу дійсного профілю греблі. Для схеми на (рис.8,б) обчислену криву депресії необхідно візуально коректувати і на низовому її кінці, рахуючи що точка С розташовується від вертикалі W₂W₂ на відстані 0,1*L_o.

8.5 Розрахунок фільтраційної міцності земляної греблі

При оцінці фільтраційної міцності грунтів у тілі греблі і підвалині, необхідно виконання умови

,	(8.7)

де	Jestm	-	дійсний середній градіент напору в розрахунковій області фільтрації;
	Jcrm	-	критичний середній градієнт напору, прийнятий по _адов. 8.2;
	n	-	коефіцієнт надійності по відповідальності споруд.

Коефіцієнт надійності по відповідальності споруд визначається в залежності від класу капітальності, а для Ivкласу - 1,10.

При розрахунку казуальної фільтраційної міцності за формулою (8.7) розглядають окремо тіло греблі і її підвалину (рис.9), відділені горизонтальною лінією току АВ.

Таблиця 8.1 Значення градієнтів напору Jcrm

Грунт	Значення критичних середніх градієнтів напору Jcrm, для
	понура	екрана та ядра	тіла та призми греблі
Глина, глинобетон	15	12	8-2
Суглинок	10	8	4-1,5
Супісь	3	2	2-1
Пісок: середній	-	-	1
мілкий	-	-	0,75

Розрахунок за формулою (8.7), що може бути названий розрахунком за методом контролюючого градієнту, носить _адовольняю характер. Маючи попередньо намічений профіль греблі, встановлюють для її тіла і підвалини Jestm і Jcrm та потім перевіряють даний профіль за формулою (8.7).

1. Визначення Jestm для тіла греблі.

При наявності наслонного дренажу

Jestm=tg =Z/(Lур+0,4*hв+0,4*hн),	(8.8)

де	Lур	-	горизонтальна відстань між урізами верхнього і нижнього б'єфів;
	hн	-	глибина води в нижньому б'єфі.

У нашому випадку Jestm =5,4/(6,8+0,4^.10,5+0,4^.3,7)= 0,433;

0,09<0,433,

що показує виконання умови.

При наявності понуру або зуба Lо збільшують на довжину понуру або подвоєної глибини зуба. Lо = 49,6+2 = 51,6м.

9. Розрахунок стійкості низового укосу греблі

9.1 Загальні положення

Розрахунок стійкості низового укосу земляної греблі варто робити за методом круглоциліндричних поверхонь. У цьому випадку передбачається, що в грунті тіла і підвалини греблі може утворитися небезпечна круглоциліндрична поверхня ковзання під дією сил ваги грунту укосу, у зв'язку з чим відбудеться сповзання грунту укосу і випучування підвалини. Сповзанню укосу буде опиратися сила тертя і зчеплення по поверхні завалення.

Перевірка стійкості укосу зводиться до визначення коефіцієнта стійкості, що дорівнює відношенню моменту утримуючих сил до моменту сил, що зрушують, і визначається за формулою

,	(9.1)

де	R	-	момент сил несучої спроможності;
	F	-	момент активних сил відносно осі поверхні зсуву;
	n	-	коефіцієнт відповідальності споруди;
	fc	-	коефіцієнт сполучення навантажень;
	c	-	коефіцієнт умов роботи.

Чисельне значення коефіцієнтів _n , _fc , _c приведені в табл. 9.1, 9.2, 9.3.

Таблиця 9.1 Значення _n

Клас споруди	I	II	III	IV
n	1,25	1,20	1,15	1,10

Таблиця 9.2 Значення _fc

Сполучення навантажень	Основне	Особливе	Будівельного періоду
fc	1,00	0,90	0,95

Таблиця 9.3 Значення _c

Методи розрахунку	Що _адовольняють умови рівноваги	Спрощені
c	1,00	0,95

При розрахунку стійкості укосу перевіряють декілька кривих ковзання, із яких вибирають найбільш небезпечну, що характеризується найменшим з отриманих для кожної кривої ковзання коефіцієнтом стійкості k_s. Це значення найменшого коефіцієнта стійкості і порівнюється з допустимим.

Якщо мінімальний з отриманих коефіцієнтів стійкості низового укосу виявиться менше допустимого, то необхідно скорегувати поперечний переріз греблі з тим, щоб забезпечити стійкість низового укосу. Це досягається шляхом уположення низового укосу або зниження кривої депресії в тілі греблі.

Кожна круглоциліндрична крива ковзання характеризується положенням свого центру O і радіусом R. За даними В.В. Аристовского найменші коефіцієнти стійкості утворюються при розташуванні центрів кривих ковзання в межах багатокутника bb'Oe'eb , що будують таким чином.

Для побудови цієї найбільше небезпечної зони розташування центрів із середини низового укосу (точка а на рис.10) або осредненого укосу при наявності берм проводять вертикаль ac. Потім із тієї ж точки a під кутом 85 до укосу ( або усередненого укосу) проводять лінію ad. З точки A і B, як із центру проводять коло радіусами R₁.

R1 = ( Rн + Rв ) / 2 ,	(9.2)
де	Rн	-	нижнє значення радіуса поверхні ковзання, м;
	Rв	-	верхнє значення радіуса поверхні ковзання, м
Rн=kн Hгр ;	(9.3)
Rв = kв Нгр,	(9.4)

де	Hгр	-	висота греблі;
	kн, kв	-	коефіцієнти прийняті по табл. 9.4.

Таблиця 9.4 Значення k_н, k_в

mt	1	2	3	4	5	6
kн	1,1	1,4	1,9	2,5	3,3	4,3
kв	2,2	2,5	3,2	4,7	5,8	6,7

Криві, проведені радіусом R₁ перетинаються в точці О (рис.10). З точки а, як із центру, проводимо дугу be радіусом R₂=a/2. Багатокутник bb'Oe”eb є зоною центрів найбільше небезпечних поверхонь ковзання.

В.В. Аристовский установив, що звичайно центри найбільше небезпечних кривих ковзання розташовуються поблизу лінії bО. Цю лінію треба приймати як лінію пробних центрів.

Задаючись на лінії пробних центрів декількома точками О₁, О₂, О₃ і т.д. з котрих декількома радіусами проводимо криві ковзання. Для кожної кривої ковзання визначають коефіцієнт стійкості. Через точку з мінімальним коефіцієнтом запасу проводять нормаль до лінії bО на котрій також намічають ряд центрів і підраховують для відповідних їм поверхонь ковзання значення коефіцієнтів запасу. Мінімальне значення k_s приймається за розрахункове.

У курсовому проекті розрахунок стійкості дозволяється робити для однієї кривої ковзання, де при виборі центру найбільше небезпечної поверхні ковзання варто керуватися слідуючим: при розрахунку укосів із незв'язних грунтів центр найбільше небезпечної поверхні ковзання розташовується звичайно поблизу від точки О, а при розрахунку укосів із грунтів, що володіють зчепленням, він віддалиться від неї. Найбільше небезпечна крива ковзання в укосах із пісчаного грунту на пісчаній підвалині проходить через підошву укосу (точку B), а якщо в підвалині залягає глинистий грунт, може захоплювати частину підвалини на глибину, що не перевищує H_гр, рахуючи від її поверхні.

У нашому випадку :

k_н=1,4; R_н=15,7м;

k_в=1,2; R_в =18,3м; R₁ =17,0м.

9.2 Визначення діючих сил

З прийнятого центру ковзання проводять дугу радіусом R. Область обмежену кривою ковзання і зовнішнього обрису греблі (масив завалення) розбивають на вертикальні відсіки шириною b=0,1R (в загальному випадку можна приймати ширину відсіку довільною; при зменшенні ширини точність визначення діючих сил збільшується). Нульовий відсік розташовують симетрично до вертикалі, яка проходить через центр кривої ковзання. Нумерація відсіків, розташованих від нульового відсіку убік укосу, приймаються зі знаком плюс, а в напрямку від укосу - із знаком мінус. Відносно центру О складається рівняння моментів сил діючих на відсік.

У загальному випадку виділений відсік грунту знаходиться під дією власної ваги, бічного тиску сусідніх мас грунту і тиску фільтраційного потоку.

Власна вага відсіку

	(9.5)
де	1	-	питома вага грунту греблі природної вологості вище кривої депресії, т/м3;
	2	-	питома вага грунту греблі насиченого водою нижче кривої депресії, т/м3;
	3	-	питома вага грунту підвалини, насиченого водою т/м3 ;
	hn'	-	середня висота смуги грунту вище кривої депресії, м ;
	hn''	-	середня висота смуги грунту нижче кривої депресії, м ;
	hn'''	-	середня висота смуги грунту в підвалині греблі, м;
	b	-	ширина відсіку, м.

При наявності шару води над відсіком вище лінії укосу

,	(9.6)

де h_n - середня глибина води над відсіком, м.

Якщо у відсіку є шари різного грунту, то його вага визначається з урахуванням питомої ваги кожного грунту.

Сили бічного тиску грунту, що діють на вертикальних межах відсіку, взаємно врівноважуються.

Наближене значення тиску фільтраційного потоку, що діє на n-й відсік, визначають за формулою

,	(9.7)

де		-	питома вага води , т/м3 ;
	n	-	кут нахилу підошви відсіку (площини зсуву в межах відсіку) до горизонту.

Силу ваги G_n переносять на підошву відсіку і розкладають на складові (нормальну

Nn= Gn cos n ,	(9.8)

і дотичну

Tn = Gn . sin n .	(9.9)

Cила тертя, що виникає на підошві відсіку



Sn= (Nn- Wf )* tg і ,	(9.10)

де	і	-	кут внутрішнього тертя грунту.

Сила зчеплення

Cn = ci . ln ,	(9.11)

де	ci	-	питома сила зчеплення ;
	ln	-	довжина ділянки кривої ковзання.

Крім зазначених сил на масив грунту діє тиск води з боку нижнього б'єфа

WO = 0,5 . . h2 ,	(9.12)

де	h2	-	глибина води в нижньому б'єфі.

Для всього масиву відповідно до формули (9.1) сили і моменти, що діють на окремі відсіки підсумовуються і коефіцієнт стійкості укосу може бути знайдений за формулою

,	(9.13)

де	r	-	радіус дії сили WО щодо центру кривої ковзання (див. Рис.10)

Питому вагу грунту, що знаходиться нижче кривої депресії, визначають за формулою

2 = c +n* ,	(9.14)

де	c	-	питома вага грунту в сухому стані , т/м3;
	n	-	шпаристість грунту.

Для скорочення розрахунків силу зчеплення

,	(9.15)

де - із постійним значенням питомого зчеплення

li = .R . i /180 ,	(9.16)

де	i	-	кут, утворений радіусами, проведеними з центру кривої ковзання до пересічення з межами її ділянок, що мають однакове значення питомого зчеплення.

Підрахунок величин, необхідних для визначення коефіцієнта стійкості укосу робимо у формі таблиці (табл. 9.5).

Таблиця 9.5 Визначення коефіцієнта стійкості k_s

№	sin n	сos n	h'	h''	h'''	Gn	Gn .sinn	Gn .cosn	Wf	tg i	(Gn .cosn- Wf). Tg i	ci	li'	ci . li'
10	1	0,34	4,00			25,02	25,02	8,51	0,00	0,42	3,57	2,50	7,50	18,76
9	0,9	0,44	4,00	7,40		84,08	75,68	37,00	38,68	0,42	1,52	2,50	6,42	16,05
8	0,8	0,60	4,20	8,40	2,80	113,99	91,19	68,39	42,93	0,42	10,69	2,50	4,67	11,68
7	0,7	0,71	4,60	8,20	4,80	129,66	90,76	92,06	42,11	0,42	20,98	2,50	3,92	9,80
6	0,6	0,80	3,40	8,00	6,60	133,85	80,31	107,08	41,98	0,32	20,83	2,00	3,50	7,00
5	0,5	0,87	2,80	7,60	8,20	138,71	69,36	120,68	41,77	0,32	25,25	2,00	3,23	6,46
4	0,4	0,92	2,00	7,00	9,20	136,30	54,52	125,40	40,50	0,32	27,17	2,00	3,06	6,12
3	0,3	0,95	1,60	7,00	9,60	136,75	41,03	129,92	40,19	0,32	28,71	2,00	2,94	5,88
2	0,2	0,98	1,60	5,20	10,20	126,82	25,36	124,28	36,14	0,55	48,48	0,20	2,86	0,57
1	0,1	0,99	1,20	4,40	10,20	117,93	11,79	116,75	33,92	0,55	45,56	0,20	2,81	0,56
0	0	1,00	0,40	4,20	10,20	111,33	0,00	111,33	33,12	0,55	43,02	0,20	2,80	0,56
-1	-0,1	0,99		3,20	10,00	99,37	-9,94	98,38	30,67	0,55	37,24	0,20	2,81	0,56
-2	-0,2	0,98		1,80	9,60	85,24	-17,05	83,54	26,76	0,55	31,23	0,20	2,86	0,57
-3	-0,3	0,95		0,80	8,60	69,88	-20,96	66,38	22,76	0,55	23,99	0,20	2,94	0,59
-4	-0,4	0,92			7,60	56,11	-22,44	51,62	19,00	0,55	17,94	0,20	3,06	0,61
-5	-0,5	0,87			5,60	41,34	-20,67	35,97	14,80	0,55	11,64	0,20	3,23	0,65
-6	-0,6	0,80			3,80	28,06	-16,83	22,44	10,93	0,55	6,34	0,20	3,50	0,70
-7	-0,7	0,71			1,40	10,34	-7,24	7,34	4,54	0,55	1,54	0,20	3,92	0,78
?							449,89				405,70			87,90

Перевіряємо виконання стійкості

у нашому випадку 1,0.

10. Розрахунок водоскидної споруди

10.1 Загальні положення

Водоскидні споруди призначені для скидання з водоймища в нижній б'єф частини паводкових витрат, що акумулюється у водосховище, заповнюючи об'єм форсування.

При річкових гідровузлах з глухими земляними греблями влаштовують руслові та берегові водоскиди, тип яких визначається місцевими топографічнимим, гідрологічними, експлуатаційними умовами та умовами виробництва робіт. Берегові водоскиди, як правило, будують відкритими, а їх транзитну частину виконують у вигляді швидкоструму та багатоступеневого перепаду. Трубчасті (руслові) водоскиди споруджуються в тілі земляної греблі (ковшові, баштові, шахтні та сифонні) та мають різні конструкції вхідної та транзитної частин.

Відкриті берегові водоскиди розташовують на одному з берегів річки. Вісь водоскидного тракту переважно трасують по водороздільним ділянкам схилу, по можливості перпендикулярно горизонталям, що забезпечує мінімум земляних робіт.

Відкриті берегові водоскиди в звгвльному випадку складаються з 5 частин: підвідний канал, водозлив з пристроєм для гасіння енергії за ним, сполучна споруда та відвідний канал.

Водозлив може розташовуватись фронтально до вісі водоскидного тракту або паралельної їй, такі водозливи відповідно мають назви фронтальні і траншейні відповідно.

10.2 Розрахунок вхідної частини

Основою гідравлічного розрахунку вхідної частини водоскидів є визначення її необхідної довжини (поперечного перерізу), що забезпечить пропуск розрахункової паводкової витрати при максимальному рівні води у водосховищі на відмітці ФПР (заданої забезпеченості) і розмірів водозливу практичного профілю.

Вихідними даними є максимальна витрата річки Q_max, розрахунковий напір на водозливі.

В курсовому проекті приймаємо автоматичний водозлив, відмітка гребня якого рівна НПР, тобто напір дорівнює різниці форсованого (ФПР) та нормального (НПР) підпірних рівнів.

Об'єм повені заданої забезпеченості W_р та регулюючий об'єм водосховища, що визначається із завдання на КП за залежністю Q=f(H).

Для розрахунку довжини водозливного фронту (периметра) застосовується формула