Гидроузел c плотиной из грунтовых материалов

Размещено на http://www.allbest.ru/

18

Курсовой проект

Гидроузел c плотиной из грунтовых материалов

1. Предварительное определение формы и основных габаритов поперечного сечения плотины

Основные габариты:

1) Ширина гребня. В большинстве случаев предназначается для проезда по ней автомобильного транспорта. b_гр обычно принимается не менее 4 метров, или от класса проходящей по нему дороги. В моем случае ширину гребня принимаем b_гр=10 м.

2) Отметка гребня. Пока ее назначим предварительно, по формуле:

Гр=ФПУ+2=115,6+2=117,6 м, где а=2 м - инженерный запас.

3) Коэффициенты заложения откосов m₁ - заложение верхового откоса и m₂ - заложение низового откоса. Заложение откосов зависит от высоты плотины H_пл, от грунта тела плотины (глинистый или песчаный) и от ее конструкции. В моем случае высота плотины составляет

H_пл=Гр - 100,0=117,6-100,0=17,6 м.

Класс моего сооружения зависит от высоты плотины. В моем случае моя плотина имеет III класс капитальности, так как высота плотины находится в пределах 15-35 метров (стр. 7, [1]). Для назначения заложения откосов предварительно выберем грунт тела плотины.

Главные требования к грунту:

1. Водонепроницаемость. Желательно чтобы коэффициент фильтрации был К_ф?10-15 м/сут.

2. Трудоемкость производимых работ наиболее приемлема у несвязных грунтов: песчаных, супесчаных, суглинистых, глинистых.

3. Грунты, залегающие под руслом - труднодоступны. Желательно использовать грунты, которые залегают на высоких отметках.

4. Удаленность карьерных грунтов.

В моем курсовом проекте следующие грунты:

· №1 - глина, К_ф=5*10^-5м/сут;

· №9 - песок крупный, К_ф=23 м/сут;

в том числе карьерные:

· №11 - гравий, К_ф=98 м/сут;

· №15 - щебень, К_ф>>10-15 м/сут.

В моем случае возможны следующие варианты трех однородных и одной неоднородной плотины.

I вариант. Из глины №1.

Достоинства:

· располагается на высоких отметках;

· К_ф=5*10^-5м/сут<< К_ф=10-15 м/сут - пригоден.

Недостатки:

· Весьма сложная технология выполнения работ.

II вариант. Из крупного песка №9.



Достоинства:

· более легкая технология производства работ, по сравнению с глиной №1.

Недостатки:

· располагается на низких отметках;

· К_ф=23 м/сут>>К_ф=10-15 м/сут - не пригоден.

III вариант. Из гравия №11.

Достоинства:

· более легкая технология производства работ, по сравнению с глиной №1.

· Карьер располагается недалеко, 5 км.

Недостатки:

· К_ф=98 м/сут>>К_ф=10-15 м/сут - не пригоден.

Так как эти три грунта не пригодны для выполнения из них однородной плотины, рассмотрим IV вариант - неоднородная плотина с ядром.

IV вариант. Тело плотины из карьерного грунта №11 - гравий, а ядро из грунта №1 - глина.

Принимаю IV вариант - неоднородная плотина с ядром.

2. Выбор створа плотины

плотина поперечный профиль гребень

Основной принцип: минимальные экономические затраты, т.е. минимальные объемы работ.

Главным сооружением является плотина, и ее, как правило, располагают в самом узком месте, перпендикулярно горизонталям. На выбор створа также влияет водосброс, его длина должна быть минимальной. 40% стоимости гидроузла составляет водосброс.

Выбор створа сильно зависит от рельефа местности. Выбор створа осуществляется путем сравнения нескольких приемлемых вариантов.

В моем случае это варианты 1 и 2. Для выбора створа по обоим берегам провожу горизонтали, равные отметке гребня, Гр=117,6 м.

1. Водосброс прямолинейный, его длина - 480 метров. Длина плотины по гребню - 480 метров.

2. Водосброс прямолинейный, его длина - 280 метров. Длина плотины по гребню - 480 метров.

Принимаю второй вариант, как экономически более выгодный.

· Определим заложение откосов плотины m₁ и m₂.

m₁, m₂=f (грунта, высоты конструкции, наличия дренажа).

Принимаем заложение откосов исходя из конкретных условий, грунт - гравий №11, высота плотины H_пл=Гр - 100,0=117,6-100,0=17,6 м:

m₁=3,25 - верховой откос;

m₂=2,5 - низовой откос. (страница 108 [1]).

· Построение плотины в плане

Контур плотины строим по точкам. Для каждой точки определяем расстояние от бровки гребня по формуле

где m - заложение верхового откоса, М - масштабный коэффициент, М=40.

Примечание: расстояния откладываются перпендикулярно гребню (по кратчайшему расстоянию).

3. Уточнение поперечного профиля грунтовой плотины

В курсовом проекте я проектирую бермы на верховом и на низовом откосах, дренаж.



1 - гребень плотины;

2 - берма на верховом откосе с отметкой Б1;

3 - берма на низовом откосе с отметкой Б2;

4 - дренаж, с заложением откосов m₃ и m₄ и с отметкой Д;

5 - снятие растительного слоя с основания, толщиной 0,2-0,3 м.

· Берма на верховом откосе

Берма на верховом откосе служит для размещения на ней упора для крепления откоса (для упора каменной наброски или железобетонных плит).

Ширина бермы назначается в пределах 0…6 м. Принимаю b₁=4 м.

Отметка Б1 определяется по формуле

Б1=УМО-d₁;

 (1)

Где W - скорость ветра, м/с, W=14 м/с; D - длина разгона волны (длина водохранилища при УМО), км, D=0,9 км; - толщина льда, м, .

В формуле (1) в качестве расчетной принимается наибольшее , т.е. в качестве расчетной отметки Б1 принимается наинизшая.

В качестве расчетной принимаем наибольшее значение .

Б1=УМО-d₁=106,7-1,08=105,6 м.

· Берма на низовом откосе

Берма на низовом откосе служит для размещения водоперехватывающего лотка, для прохода или проезда ремонтной техники (для подвоза материалов) и других целей.

Ширину бермы принимаю

Б2 располагается на середине высоты низового откоса.

Б2=Гр - (Гр-Д)/2=117,6 - (117,6-103,5)/2=110,5 м.

· Дренаж плотин в русловой части

Дренаж служит для организации приема и отвода фильтрационного потока из тела и основания плотины в пределах русловой части створа.

Дренаж бывает:

- дренажной призмы из каменной наброски;

- каменной отсыпки (наслонный);

- комбинированный.

В моем курсовом проекте применяем наслонный дренаж из каменной наброски, так как тело плотины выполнено из гравия, с большим коэффициентом фильтрации. Схема показана в виде узла Г.

Д=УНБ_max+(0,3…0,5) м=103+0,5=103,5 м.

Толщину каменной отсыпки (дренажа) принимаю

Дренаж выполняется из грунта №15 - щебень.

В результате проектирования получилось:

- берма на верховом откосе с Б1=105,6 м, b₁=4 м;

- берма на низовом откосе с Б2=110,5 м, НА ней располагается лоток для перехвата воды, стекающей с откоса.

- наслонный дренаж с Д=103,5 м.

4. Противофильтрационное устройство (ПФУ) в основании и теле плотины

- ПФУ в теле плотины служит для уменьшения фильтрационных потерь, понижения кривой депрессии, уменьшения градиента напора. В моем курсовом проекте я проектирую ПФУ в виде ядра. Ядро служит для удерживания напора H, поэтому его толщина должна быть достаточной, что бы фильтрационный поток не «прорвался» через ядро, т.е. чтобы была обеспечена фильтрационная прочность.



Найдем отметку ядра

Я=ФПУ+0,2=115,6+0,2=115,8 м.

Верхнюю толщину ядра принимаю из условия ее выполнения строительными машинами.

?₁=3 м.

Найдем нижнюю толщину ядра

,

где H - напор, H=НПУ-УНБ_min=115,0-100,5=14,5 м; I_кр - критический градиент для глины, I_кр=12 [страница 117, 132 [1]]; ?_n - коэффициент надежности, для плотины III класса капитальности ?_n = 1,15.

Принимаем ?₂=8 м.

- ПФУ служит для уменьшения фильтрации в основании плотины.

В моем курсовом проекте ПФУ в основании я принимаю в соответствии с геологическим строением. В моем случае плотина выполняется из гравия (№11) с ядром (№1) и ниже отметки 100 залегает слой песка (№9), мощностью 6 м, и я использую схему с замком.

5. Уточнение отметки гребня

В курсовом проекте расчет отметки гребня проведем для двух случаев: Для НПУ и для ФПУ. В качестве расчетной из них примем максимальную, с округлением до 0,1.

Расчет выполним по формулам:

где W - скорость ветра, м/с; D - длина разгона волны (длина водохранилища), км.

Высоту нагона волны найду по формуле

где k_m=0,9 - бетонные плиты на откосе; k_m=0,65 - для каменной наброски; h_в - высота волны, м;

где m₁=3,25 - заложение верхового откоса; ?_в - длина волны, м.

Высота ветрового нагона

, м;

g=9,81 м/с²; H₁ - глубина воды в НБ, H₁=НПУ-100=115-100=15 м; k=2*10^-6; ? - угол между осью водохранилища и осью ветра, принимаем ?=0, cos?=1.

a=0,6 м.

Выполним расчет для НПУ:

Предварительно примем, что k_m=0,65 - для каменной наброски. Позднее уточним.

где W - скорость ветра, м/с, W=19 м/с; D - длина разгона волны (длина водохранилища), км, D=2,6 км.

;

Выполним расчет для ФПУ:

k_m=0,65 - для каменной наброски

где W - скорость ветра, м/с, W=16 м/с; D - длина разгона волны (длина водохранилища), км, D=2,9 км.

;

;

Примечание: на чертеже отметку гребня можно не уточнять.

Отметка гребня моей плотины приблизительно равна 117,1 м. Окончательно уточним в пункте 6.

6. Конструкции элементов плотины

· Крепление верхового откоса

В моем курсовом проект первоначально оценим какой диаметр камня d_к мне нужен. У меня есть камень №15 с диаметром от 1 мм до 300 мм

Найдем вес камня, по формуле:

,

где - плотность воды, ; - плотность камня, ; - высота волны, ; - длина волны, ; - коэффициент заложения верхового откоса, .

Найдем d_к:

У меня имеется в наличии самый крупный камень №15, в котором максимальный диаметр d_max=300 мм. Мы в расчете получили, что нам нужен камень d_к=320 мм, то камень №15 не может использоваться в качестве каменной наброски, поэтому проектируем железобетонные плиты.

Сначала уточним отметку гребня с учетом того, что в качестве крепления верхового откоса у меня теперь не каменная наброска, а сборные железобетонные плиты, при этом поменяется коэффициент k_m=0,9. Выполним пересчет для прошлого случая с максимальной отметкой гребня, т.е. для НПУ:

k_m=0,9 - для железобетонный плит.

где W - скорость ветра, м/с, W=19 м/с; D - длина разгона волны (длина водохранилища), км, D=2,6 км.

;

Точная отметка моей плотины 117,5 м.

Выполним расчет для определения конструкции крепления верхового откоса плитами:

Найдем толщину плиты по формуле:

,

где - коэффициент учитывающий конструкцию плиты, принимаем сборные железобетонные плиты; - плотность воды, ; - плотность плиты, ; - длина волны, ; - коэффициент заложения верхового откоса, ; - длина плиты, задаем .

;

Принимаем стандартную толщину сборной плиты t=0,08 м.

Покрытие используем из сборных железобетонных плит, размером 2*2 м. Эти сборные плиты, для повышения массивности объединяем в карты по 3 плиты, с учетом ширины шва, равной 0,25 м. Конструкцию крепления покажем на рисунке 15.

В моем проекте длина крепления верхового откоса составляет 41 м. Эту длину мы разбиваем на 6 карт по 6,5 м и одну карту, длиною 8,5 м.

Для предотвращения оползания плит, проектируем упор. Выполняем его из бетона. Конструкция представлена на схеме УЗЛА А (рис. 16)

· Крепление низового откоса

Предусматриваем крепления низового откоса для защиты его от размыва дождем, при таянии снега.

Для моего района строительства, где отмеченные явления относятся к средней интенсивности, используем одерновку в клетку.

Дернина (лента), из которой состоят клетки, имеет следующие размеры: толщину - 0,1 м, длину - 0,5 м, ширину - 0,25 м. Для устойчивости клетки ориентируются относительно бровки откоса под углом 45⁰. Размеры клеток принимаем 2*2 м. пространство в клетке заполняем растительным грунтом с посевом многолетних трав. Дернинки крепим к откосу деревянными спицами, длиной 0,4 м. Конструкция представлена на схеме УЗЛА В (рис 17).

· Конструкция гребня плотины

У меня IV категория дороги, проходящей через мою плотину, ширина для этой категории составляет - 10 м. Конструкция гребня плотины представлена на схеме УЗЛА Б (рис 18). Покрытие дороги - асфальтобетонное, ширина 6 метров, под покрытием находится специальная подготовка из гравия, под ней находится само тело плотины, ширина обочины - 2 метра. По краям дороги находятся сигнальные столбы, расположенные на расстоянии 4 метра друг от друга.

· Конструкция дренажа

Для перехвата в береговых частях используется специальный дренаж, более простой по конструкции.

Береговой дренаж бывает:

- трубчатый, в виде перфорированных труб;

- ленточный, из камня;

- плоский из камня.

Размещено на Allbest.ru