Проектирование грунтовой плотины

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ГРУНТОВОЙ ПЛОТИНЫ

1.1 Выбор принципиальной схемы плотины

1.2 Определение высоты плотины

1.3 Гребень плотины

1.4 Фильтрационные расчеты

2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ БЕТОННОЙ ВОДОСЛИВНОЙ ПЛОТИНЫ

2.1 Определение максимальных расходов воды

2.2 Определение ширины водосливного фронта плотины

2.3 Определение отмети гребня водосливной, плотины

2.4 Проектирование профиля водосливной плотины

3. РАСЧЕТ УСТОЙЧИВОСТИ ПЛОТИНЫ НА СДВИГ

3.1 Определение условий устойчивости

3.2 Определение гидростатического давления воды

3.3 Определение давления фильтрационного потока

3.4 Определение давления наносов на плотину и статического давления льда

3.5 Построение эпюр действующих на плотину сил

3.6 Расчет водобойных сооружений

4. ВОДОСБРОСНЫЕ СООРУЖЕНИЯ

4.1 Башенные водосбросы

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Приложение А

Приложение Б

Приложение В

ИСХОДНЫЙ ДАННЫЕ

Расчетная обеспеченность Р =90 %

Водопотребление, g=20,2

Средняя многолетняя мутность, р=75 г/м3

Расчетный срок эксплуатации водохранилища, t0=50 лет

Толщина льда, hл=1м

Ср.годовой слой испарения, с поверхности суши, zc=0,5 м

Ср.годовой слой испарения,с поверхности воды,zb=0,34m

Грунты тела плотины песок с коэф. Кт=0,1 см/с

Грунты, слагающие бассейн супесь

Класс авто дороги по гребню плотины 5

Скорость ветра, W=9 м/с

Длина разгона волн, D=9км

Тип покрытия верхового откосакаменная наброска

Глубина воды в нижнем бъефе, Н2=2,1 м

Грунт основаниясупесь с коэф. фильтрациико, м/с

Отметка плотины дна, vдна74

Расстояние до водоупораТд=10м

Глубина воды в верхнембъефе, Н1=17 м

1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ГРУНТОВОЙ ПЛОТИНЫ

1.1 Выбор принципиальной схемы плотины

При проектировании грунтовой плотины необходимо подобрать устойчивый и наиболее экономичный профиль сооружения.

Размеры поперечного профиля зависят от типа плотины, ее высоты, характера грунтов в основании, а так же условий строительства и эксплуатационных условий.

Глубины воды перед плотиной определяют:

H1=Vнпу-Vдна

где H1 - глубина воды в верхнем бьефе (ВБ).

Уклон откосов плотины назначается в зависимости от ее высоты, способа строительства, грунта, из которого она выполняется.

Таблица 1-Заложение откосов насыпных плотин

Высота плотины	Заложение откосов
	Верхнего m1	Низового m2
<5	2-2,5	1,5-1,75
5-10	2,25-2,75	1,75-2,25
10-15	2,5-3	2-2,25
15-50	3-4	2,5-4
>50	4-5	4-4,5

Таблица 2- Заложение откосов Намывных грунтовых плотин

Плотины	Грунт основания	Заложение откоса верхнего и низового
Неоднородная, гравийно- песчаная с ядерной зоной	Скальный, плотная глина	3-4
Однородная песчаная Нормального профиля	Песчаный, супесчаный Торф, ил старинные отложения	4- 5 5- 8

1.2 Определение высоты плотины

Высота плотины определяется по формуле

Hпл = Н1+ d

Hпл=17+1,009=18,009 м

где Н1- глубина воды в верхнем бьефе водохранилища, м

d - превышение отметки гребня плотины под расчетным статистическим уровнем воды в верхнем бьефе, определяется по формуле:

d=hH +?h + ai, м

d=0,004+0,005+1=1,009 м

где hн- высота наката на откос ветровой волны, м

?h-высота ветрового нагона волны, м

аз- запас по высоте плотины, м (можно принять 0,5-1,0 м)

Рисунок 1. Схема к определению отметки гребя плотины

Высота ветрового нагона волны ?h и высота наката волны на откосhHрассчитывается в зависимости от параметров ветровой волны, образующей в водохранилище.

Основные элементы ветровых волн: высота волны h, длинал и период ф. Для их определения вычисляются средние элементы, которые обозначаются соответственно hгл; лгл, фгл.

Индекс «гл» обозначает, что параметры находятся для глубоководной зоны, т.е. глубина воды Н>0,5лгл.

Для этого рассчитываются безразмерные параметры:

где t - продолжительность действия ветра (принимается для предварительных расчетов t=21600 сек.)

D- длина разгона волны, м (принимается из таблицы задания на проектирования);

W - расчетная скорость ветра, м/с (принимается из таблицы задания на проектирование);

g - ускорение свободного падения м/с2

На графике (приложение Б) по параметруа определяютсявспомогательные величины: с=0,12, n=4,8

На графике (приложение Б) по параметру в определяются вспомогательные величины: с=0,003, n=0,5

За расчетные принимаются минимальные значения cmin, nmin. По ним вычисляются величины:

hгл=

Высота наката волны определяется по формуле:

hн=

hн=0,56*1,5*1,2*0,82*0,006=0,005

где fкоэффициент зависящий от типа крепления верховного откоса (f=0,9 при креплении откоса бетонными и железобетонными плитами, f=0,81 при креплении каменными плитами; f=0,56 при креплении каменной наброской)

Кс - коэффициент зависящий от скорости ветра W и заложения откоса шьпринимается по таблице 3.

Таблица 3- Значения коэффициента kс.

Заложение верхового откоса ml	Значение Кс, при W, м/с
	>20	<10
0,4	1,3	1Д
0,4-2	1,4	1,1
3-5	1,5	1Д
5	1,6	1,2

При значениях W, не вошедших в таблицу, коэффициент kс=1.

КНГ - коэффициент зависящий от пологости волны и значенияm1 определяется по графику на рисунке 2.



Рисунок 2. График для определения коэффициентаКнг при 0,1<m<3

Рисунок 3. График для определения коэффициента Кпг при m>3.

kв -коэффициент, учитывающий угол между фронтом волны и нормали к оси плотины, принимается по таблице 4.

Таблица 4- Значения коэффициента kв.

Град	kв	Град	kв
0	1	40	0,87
10	0,98	50	0,82
20	0,96	60	0,76
30	0,92

Примечание: если в задании не приведены данные об угле между фронтом волны и нормали к оси плотины, можно принять угол произвольно.

hl%гл -высота бегущей волны обеспеченностью 1% определяют по формуле:

hl%гл= hглхk1%=0,012*2,1=0,006

где k1%- коэффициент, который зависит от значения и определяется по таблице 5.

Таблица 5- Значения коэффициента k1%.

gД/W2	0	2000	4000	6000	8000	10000	12000
K1%	2,1	2,2	2,3	2,35	2,4	2,42	2,44

По формуле 11 определяют высоту наката. Ветровой нагон определяется:

где бв- угол между продольной осью водохранилища и господствующим направлением ветра, град. (принять в пределах 45-80 градусов).

W- скорость ветра, м/с;

D- длина разгона волны, м;

Н1- глубина воды в верхнем бъефе.

По формуле 3 вычисляются превышение отметки гребня плотины d над расчетным статистическим уровнем воды в водохранилище и определяется высота плотины Нпл.

1.3 Гребень плотины

Гребень плотины, как правило используется для проезда автотранспорта. Ширина bпл в этом случае определяется категорией дороги.

Основные параметры поперечного профиля автомобильных дорог приведены в таблице 6.

Таблица 6- Определение ширины гребня плотины

Категория автомобильной дороги	Ширина, м
	Проезжей	Обочин	Разделительной	Земляного
	части		полосы	полотна
I	15	3,75	5	27,5
II	7,5	3,75	-	15
III	7	2,5	-	12
IV	6	2,0	-	10
V	4,5	1,75	-	8

1.4 Фильтрационные расчеты

Фильтрационные расчеты плотины заключается в построение кривой депрессии и определении фильтрационного расхода через тело плотины.

Плотина может располагаться на водонепроницаемом основании. Фильтрационный расчет грунтовых плотин полно освещен в литературе.

В данных методических указаниях за основу принят упрощенный расчет приведенный в «справочнике проектировщика» /5/.

1.4.1 Фильтрационный расчет однородной плотины на водонепроницаемом основании с дренажным банкетом

Рисунок 10- Расчетная схема грунтовой плотины на водонепроницаемом основании.

Основное уравнение имеет вид:

где kт- коэффициент фильтрации грунта тела плотины, м/с

q - удельный фильтрационный расход

Lр-длинна пути фильтрации, определяется по формуле:

LP=L+?Lв +?LH

LP=44,09+7,31+0,47=51,87

где L- длина пути фильтрации на расчетной схеме, м;

ДLв- выход депресионной кривой на верховой откос:

?Lв=ввхН1=0,43*17=7,31

вв=

?LH-выход деперсионной кривой на низовой откос, м:

?LH=

где Н2- глубина воды в нижнем бъефе

m11- заложение откосов дренажной призмы (обычно принимается m11=1,5)

Ордината кривой депрессии в сжатом сечении определяется:

Текущая координата кривой депрессии вычисляется по формуле:

Задаваясь значениями X определяют соответствующую ему величинуhxРасчеты ведут в табличной форме:

Таблица 7- Вычисление ординат кривой депрессии.

X, м	0	10	20	30	40	44,09
L-X	44,09	34,09	24,09	14,09	4,09	0
hx,м	282,393	236,59	190,79	144,99	99,193	80,461

По результатам выполненных расчетов на поперечном разрезе плотины строят депрессионную кривую.

1.4.2 Фильтрационный расчет однородной плотины на водонепроницаемом основании конечной мощности (К0с=Кт) с дренажным банкетом

Рисунок 11. Принципиальная схема грунтовой плотины на водопроницаемом основании конечной мощности

Основное уравнение фильтрации:

где Т-расстояние до водоупора

Lр- расчетная длина пути фильтрации,м:

Lр=L+ДLв=44,09+10,8=54,89

ДLв=0,4(Н1+Т) =0,4(17+10)=10,8

ДLн=

Ординаты кривой депрессии:

а) между сечением I-I и дренажем:

X, м	39,09	44,09
hx,м	0	1,8

где hс вычисляют по формуле:

Так как hс получается отрицательное, принимаем ее равную 0.

б) между сечениями 1-1 и осью ординат :

X, м	0	10	20	30	40	44,09
hx,м	13,5	10,9	7,9	4,3	0	0

1.4.3 Фильтрационный расчет платины с ядром по методики Рябышева М.Г

Принимаем ядро из глины, с коэффициентом фильтрации kя=0,004 м/сут и определяем высоту ядра по формуле:

Hя=H1+0,5=17+0,5=17,5 м

Толщина низа ядра определяется по формуле:

tниз= tверх+2Hя+mя=2+2*17,5*1,125

где mя - заложения откоса ядра платины

tверх - толщина верха ядра 0,8-2 м

Принимаем метод приведения платины с ядром эквивалентной однородной.Определяем величину выхода депрессионной кривой на верховой откос:

?Lв=H1=0,3*17=5,1 м

Определяется приведенная толщина ядра:

где kт - коэффициент фильтрации тела плотины

kя - коэффициент фильтрации ядра платины

tср- средняя толщена ядра

Определяем приведенную длину:

Lпр=L+tпр-tср=44,09+517,125-20,69=540,525

Определяем приведенную глубину:

Уравнение депрессии.

X, м	0	10	20	30	40	44,09
hx,м	0	2,3	3,3	4,01	4,6	4,9

Определяем расход фильтрационного потока:

q=kяhс=0,004*0,27=0,00108

1.4.4 Расчет платины с ядром по методу Рязинову

Платину приводят к однородному виртуальному способом.Приведенная толщина платины определяется по формуле

где L'- длинна проекции на абсциссу депрессионной кривой за ядро 19,8 м.

Определяем величину сжатого сечения:

Уравнение депрессии.



L0= L'+l=19,8+0=19,8 м

l -можно пренебречь, если только hс маленькая

X, м	0	10	20	30	40	44,09
hx,м	0	2,3	3,3	4,01	4,6	4,9

2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ БЕТОННОЙ ВОДОСЛИВНОЙ ПЛОТИНЫ

2.1 Определение максимальных расходов воды

Для обеспечения наиболее благоприятных условий пропуска максимальных расходов без повышения уровней в верхнем бьефе, а также регулирования уровней в водохранилище при изменении режима водопотребления проектируют водосливные плотины с затворами. При проектировании ведут расчет ширины водосливного фронта, определяют устойчивость плотины на сдвиг, определяют высоту плотины, ведут расчет и подбор водосливных сооружений, выбирают тип затвора.

Для нахождения максимального расхода Qmaxэтой же обеспеченности, необходимо умножить среднегодовой расход QP%на максимальный модульный коэффициент для заданного бассейна реки.

Qmax=QP%*К=100*5,69=569

где К- модульные коэффициенты, которые приводятся в приложении В.

2.2 Определение ширины водосливного фронта плотины

Под шириной водосливного фронта принимают суммарную ширину всех водосливных отверстой (в свету).

B=?b

где b - ширина одного отверстия

Ширину водосливного фронта можно определить, зная величину Qтах.

B=Qmax/q =569/20=29

где q- удельный расход, т.е. расход приходящийся на 1м ширины водосливного фронта при полностью открытых затворах и максимальном уровне в верхнем бьефе.

Удельный расход в первом приближении принимают на основании данных практики:

- при скальном и полускальном основании плотины от 50...70 до 120м2/с

- при нескальном основании до 10. ..30 м/с.

Согласно нормативных данных пролеты отверстий перекрываемых затворами имеют следующие размеры:b= 1,0; 1.5; 2.0; 2.5; 3.0,3.4; 4.0; 4,5; 5.0,6.0; 7.0; 8.0; 10,0; 12.0; 14.0; 16.0; 18.0; 20.0; 22.0; 24.0; 27.0; 30,0 м

Количество водосливных отверстий определяют:

n=В/b=29/10=2,9?3

плотина водосливный давление башенный

2.3 Определение отмети гребня водосливной, плотины

Предполагаем, что при полном открытии затвора, водосливное отверстие будет работать как водослив практического профиля.

Расход для водослива определяется по формуле:

Q = m*B**уп*ус

где Q- расход идущий через водосливный фронт, принимаем, что Q= Qmax, м2/с

m - коэффициент расхода, для водосливов, гребень которых сформирован по координатам Офицерова- Кригера m= 0,49;

уп - коэффициент подтопления, для незатопленного водослива уп=1; Коэффициент подтопления учитывается только в том случае, когда, подтопление начинает влиять на расход, а это происходит только если выполняется условие: Нn/Н>0.35

ус - коэффициент учитывающий боковое сжатие,принимаетсяпо рисунку 12.

Но - полный напор на водосливе:

H0=H +/ 2g

H0=4,8+32/2*9,81=5,3 м

где Но - геометрический напор на водосливе

Vo- скорость подхода (величиной V0 можно пренебречь ввиду ее малых значений или принять = (2 - 3) м/с.

Рисунок 12 . График для определения коэффициента ус

Численные значения коэффициентов m, уп,ус зависит от величины напора на водосливе иявляются неизвестными. Поэтому задачу решают методом подбора. В первом приближении задаются значениями m,уп, ус.

Подставляя значения В и Qmaxв формулу (33) в первом приближении определяют значение:

Н=

м

Далее во втором приближении определяют численное значение коэффициентовm,уп, ус. и вычисляют напор на водосливе.

Приближения выполняют до тех пор, пока величина Нi в последнем окажется равной Нi+1 в предыдущем приближении.

Отметки, гребня водослива определяется

vГребня водослива = v НПУ - Н=91-4,8=86,2

где Н- подтопление (расстояние от отметки гребня водослива до уровня воды в нижнем бьефе)

Нпод=Н1-Н=17-4,8=12,2 м

2.4 Проектирование профиля водосливной плотины

Теоретически профиль плотины имеет треугольное очертание с вертикальной гранью. Заложение низовой грани принимают m2 = 2,5 .

Очертание профиля водосливной плотины назначают по координатам Кригера - Офицерова приведенных в таблице 10. Координаты даны при напоре на водосливе Н = 4,8 м.



Рисунок 13. Поперечный разрез бетонной водосливной плотины

Таблица 10 Значения координат Х и Y Офицерова-Кригера длябезвакуумного профиля водосливной плотины при Н=4,8м

X	Y	X	Y	X	Y
0	0,6048	4,8	1,2	9,6	5,928
0,48	0,1728	5,28	1,5408	10,08	6,7008
0,96	0,00336	5,76	1,8912	10,56	7,2384
1,44	0	6,24	2,28	11,04	7,9344
1,92	0,0288	6,72	2,7072	11,52	8,6592
2,4	0,12	7,2	3,1728	12	9,408
2,88	0,288	7,68	3,6672	12,96	10,1856
3,36	0,48	8,16	4,1904	12,96	11,0304
3,84	0,7008	8,64	4,7376	13,44	11,8176
4,32	0,9504	9,12	5,184	13,92	12,672

По подсчитанным значениям Х и Y при своих значениях напора Н строят профиль гребня водослива

3. РАСЧЕТ УСТОЙЧИВОСТИ ПЛОТИНЫ НА СДВИГ

3.1 Определение условий устойчивости

При проектировании плотины необходимо определить показатели устойчивости и прочности плотины.

Условием устойчивости является Кзап?Кдоп

Таблица 11 - Определение допустимого коэффициента устойчивости

Сочетание нагрузок	Коэффициента Кдоп при классе капитальности
	I	II	Ш
Основное	1.3	1.2	1.15
Особое	1.1	1.1	1.05

Коэффициент запаса вычисляют по формуле:

где f- коэффициенттрения , определяется f=tgц

ц-угол внутреннего трения, определяется по таблице 12в зависимости от грунта основания;

N - сумма вертикальных сил действующих на плотину определяется по формуле:

N= G+W2+ W4 - W5 - W6

N=2621722,5+1417545+54077,63-216261,45-211645,03=2621722,5

где W2, W4- вертикальные составляющие гидростатического давления воды со стороны верхнего и нижнегобъефов;

W5- взвешивающие давление фильтрационного потока;

W6- фильтрационное давление;

G- вес плотины. Определяется по формуле:

G = гБ* F * В

G=24525*106,9*1=2621722,5

где гб - объемный вес бетона,

сб - плотность бетона, которая определяется по таблице в зависимости от марки бетона. Определяется по таблице 13

F- площадь поперечного профиля плотины, м2

В- длина плотины в плане (ширина водосливного фронта), расчеты производятся для 1 погонного метра длины плотины, поэтому принимаем В=1 п.м..

Т - сумма горизонтальных сил действующих на.плотину определяется по формуле:

Т=W1 - W3 + E + Wлс

Т=1417545-21631,05*1653,375=606380,6

где W1;W3- горизонтальные составляющие гидростатического давлении со стороной верхнего и нижнего бьефов.

Е - давление насосов;

Wл.c. - статическое давление льда.

Таблица 12 - Значения удельного сцепления (С, 105 Па) и угла внутреннего трения (ц, град)

Грунт	Значение С (над чертой) и ц(под чертой) при различных значениях коэффициента пористости б
	0.45	0.55	0.65	0.75	0.95
Песок гравелистый	0.02 /43	0.01/ 40	/38	--	--
Песок средней крупности	0.03/ 40	0.02/ 38	0.01/ 38	--	--
Песок мелкой крупности	0.06/ 38	0.04/ 36	0.02 /32	/28	--
Супесь	0.13/ 28	0.09/ 26	0.06 /24	0.03/ 21	--
Суглинок	--	--	0.25 /19	0.2/ 18	0.14 /14
Глинок	--	--	0.57/ 18	0.5 /17	0.37/ 14
Скальные	При контакте скала - бетон: tg ц =23; С=15 - 40; ц =63 -71 град.
Полускальные	При контакте скала - бетон: tg ц =1.5; С=3

Таблица 13 - Плотность бетона

Тип бетона	рБ,кг/ м3
Тяжелый, с наполнителем из металлических опилок	2800
Тяжелый, с заполнителем из камня, гравия, щебня	2100-2600
Легкий, с заполнителем из кирпичного боя	1800-2100

3.2 Определение гидростатического давления воды

Горизонтальная составляющая гидростатического давления воды со стороны верхнего бьефа, определяется:

,

где г- объемный вес воды, г=9790-9810 ;

Н1- уровень воды в верхнем бъефе.

Горизонтальная составляющая гидростатического давления воды со стороны нижнего бьефа, определяется:

,

где Н2- уровень воды в нижнем бъефе.

Вертикальная составляющая гидростатического давления со стороны верхнего бъефа:

,

где m1- заложение верхового откоса бетонной водосливной плотины;

Вертикальная составляющая гидростатического давления со стороны нижнего бъефа:

,

где m2- заложение низового откоса водосливной бетонной плотины.

3.3 Определение давления фильтрационного потока

Давление фильтрационного потока под основанием плотины состоит из взвешивающего давления W5и фильтрационного противодавления W6. Взвешивающее давление W5 определяется по формуле:

,

где - коэффициент пористости грунта основания , принимается =0.35... 0.95;

L- ширина подошвы плотины, принять по поперечному разрезу водосливной плотины.

Фильтрационное давление потока определяется:

,

где б1- вспомогательный коэффициент, который принимается :

- для слабо трещиноватой скалы б1 =0.2... 0.5;

- для сильно трещиноватой скалы б1 =0.4...0.7;

- если в основании дренаж б1= 0.1 ...0.3.

Н -напор действующий на плотину, определяется:

H = H1-H2

Н=17-2,1=14,9

где H1 - глубина воды в верхнем бьефе;

Н2 - глубина воды в нижнем бьефе

3.4 Определение давления наносов на плотину и статического давления льда

Давление наносов на верховую грань плотины определяется по формуле:

Е= (49)

где гнв-объемный вес насосов во взвешенном состоянии, гнв = (10000-11000) , Н/м3

hH- слой наносов (м), принимается на основании водохозяйственных расчетов исходя из отметки ила.

ц - угол внутреннего трения, определяется по таблице 12 .

Статическое давление льда зависит от толщины льда, среднесуточных зимних температур и определяется:

Wл.c. = 0,5*R*hл*L (50)

Wл.c.=0,5*75*1*44,09=1653,375

гдеhл - толщина льда, м

L - длина плотины, принимаем 1 погонный метр .

R- предел прочности льда на сжатие, зависит от среднесуточной температуры воздуха, принимается:

- при Тср. сут.=-5 0С R= 75 ;

3.5 Построение эпюр действующих на плотину сил

На основании вычисленных значений строят эпюры действующих на плотину сил. Выполняется условие: Kзап<Kдоп, платина устойчива.

3.6 Расчет водобойных сооружений

Гидравлический расчет водобойных сооружений заключается в определении его геометрических размеров.

Для водобойного колодца определяются глубина и длина колодца, для водобойной стенки - высота стенки и длина колодца созданного стенкой.

Расчет длины водобойного колодца определяется по методу Повтовского.

Lк=вln=0,7*18,7=13,09 м

где ln - длина прыжка

в - коэффициент, принимаемый обычно равный 0,7-0,8

ln=1,9(2,5h''-h')=1,9(2,5*5,09-2,87)=18,7

где h'' и h' глубины потока сопряженные (взаимные) в гидравлическом прыжке.



где hс - глубина потока в сжатом сечении

Расчет водобойного колодца определяется по методу Чертоусова.Принимаем, что русло трапецеидальной формы. Определяем критическую глубину:

hкр=

где m'-заложение откосов 1,5-2,5

В - ширина водосливного отверстия

- динамический коэффициент вязкости (таблица 6,3 /16/)

?

Определяем величину?z'

z' по таблице 21 ?0'=2,4

?Z=

Z0=

0=

где Т0 - удельная энергия в верхнем бьефе относительно дна нижнего бьефа.

Т0 = Р+Н= 12,2+4,8=17

Глубина водобойного колодца определяется по формуле:

d= (0'-0)hкр=2(2,4-5,09)3,34=-8,97

Так как глубина водобойного колодца получается отрицательная, значит, что на гидротехническом сооружение будет запроектирована водобойная стенка.

Расстояние от стенки до сооружения определяется так же, как и длина водобойного колодца.

Высота первой водобойной стенки определяется по формуле:

С1=уh''-H1=1,1*11,21-4,66=6,6 м

где у - коэффициент запаса принимается равным 1,05-1,1

Н1 - напор перед первой водобойной стенкой, определяется по формуле:

где Н10 - полный напор перед первой стенкой, определяется по формуле:

где m-коэффициент расхода водобойной стенки, принимаем равным 0,42

Vс''2 - скорость потока перед первой стенкой, определяется по формуле:

Выясняем формулу сопряжения за второй стенкой. Для этого определяем hс'' в зависимости от (график приложения 20 /16/).

Т0=с1+Н0=6,6+4,8=11,4

По графику /16/ величина

Скорость потока перед второй стенкой:

Тогда полный напор перед второй стенкой:

Высота второй водобойной стенки определяется по формуле:

С2=уh''-H1=1,1*6,3-4,36=2,63 м

Выясняем формулу сопряжения затретей стенкой. Для этого определяем hс'' в зависимости от (график приложения 20 /16/).

Т0=с2+Н0=2,63+4,8=7,43

По графику /16/ величина.

Скорость потока передтретей стенкой:

Тогда полный напор передтретей стенкой:

Высота третей водобойной стенки определяется по формуле:

С3=уh''-H1=1,1*5,5-4,2=1,85 м

Вывод: конструктивно принимаем 3 водобойных стенки с1=6,6м, с2=2,63м, с3=1,85м.

Толщина водобоя определяется из условия равенства действующих сил на 1 п.м.

Проверяем плиту на всплытие , для этого определяем коэффициент всплытия:

где плотность бетона, принимается равной 2800-3200

плотность воды, принимается равной 1000

lвдлина водобойной стенки

условия раболы, принимаем равный 1

коэффициент эксплуатации, принимаем равный 1

коэффициент сочетания нагрузок для 3 класса сооружения, принимаем равным 1,15

Wф сила противофильтрационного давления:



где Wд- дефицит давления

Так как коэффициент всплытия меньше коэффициента сочетания нагрузок, увеличиваем толщину водобоя до 2 м.

Вывод: после увеличения толщины стенки до 2 метров, водобой стал устойчивым.

4. ВОДОСБРОСНЫЕ СООРУЖЕНИЯ

4.1 Башенные водосбросы

В составе низко- и средненапорных гидроузлов с земляной плотиной могут устраиваться открытые и закрытые (трубчатые) водосбросные сооружения.

Открытые водосбросные сооружения могут располагаться в теле земляной плотины (это водосбросные плотины, которые здесь не рассматриваются, т.к. они являются предметом второго курсового

проекта по гидротехническим сооружениям) и вне теле плотин (на берегу) - это береговые водосбросы.

Выбор типа водосбросного сооружения зависит от типа плотины и напора на ней, величины паводковых и строительных расходов, топографических, геологических и гидрологических условий района строительства, общей схемы организации работ и пропуска строительных расходов и др., и осуществляется на основании технико-экономического сравнения вариантов.

Береговые водосбросы применяются в составе гидроузлов низкого и среднего напоров с грунтовой плотиной при паводковых расходах, не превышающих 5000 м3/с. При тех же условиях и небольших паводковых расходах (до 100 м3/с, иногда больше), а также узких створах целесообразно применение трубчатых башенных водосбросов, т.к. они используются первоначально для пропуска строительных расходов, а в период эксплуатации они служат также и для смыва отложившихся наносов, и для опорожнения водохранилища.

Башенные водосбросы (рис. 4.1а) состоят из: головной части (башни), одной или нескольких труб и концевого участка в виде водобойного колодца или носка-трамплина, который используется для отброса струи и применяется обычно в случае скального основания. Ось башенного водосброса трассируется по возможности перпендикулярно к оси плотины в русле или в пониженных местах поймы.

В башне размещаются ремонтные и рабочие затворы, перекрывающие входные сеченая труб, сороудерживающие решетки и механизмы для маневрирования ими, а также служебные помещения. Сечение башни в плане может быть круглым или прямоугольным. Размеры ее зависят от диаметра трубопроводов. Толщина стенок башни обычно уменьшается снизу вверх, но она не должна быть меньше 20 см.

Размещать башню можно в зоне подошвы верхового откоса плотины, в средней его части или у гребня плотины, но всегда она должна располагаться на прочном материковом грунте.

Трубы малого диаметра могут быть металлическими или железобетонными. Металлические трубопроводы чаще всего укладываются внутри железобетонных галерей, которые используются в период возведения гидроузла для пропуска строительных расходов.

Снаружи металлические трубопроводы покрываются антикоррозионным покрытием.

Трубы больших поперечных сечений выполняются из железобетона с круглыми, овальными или прямоугольными отверстиями. При устройстве нескольких труб они объединяются в общую многоочковую конструкцию. Внешние поверхности железобетонных труб делаются вертикальными .или наклонными, что целесообразнее с точки зрения сопряжения их с телом плотины. Трубы должны располагаться на плотном грунте основания на уровне подошвы плотины или ниже ее, в траншее. По длине трубы разрезаются температурно-осадочными швами на секции длиной не более I0…15 м. Для предотвращения фильтрации воды через швы они уплотняются шпонками, а для борьбы с контактной фильтрацией воды вдоль трубы, в местах стыков секций устанавливаются противофильтрационные ребра (диафрагмы).

Подходной участок к башенному водосбросу выполняется в виде канала, рассчитанного на пропуск строительного расхода. Дно и откосы его крепятся каменной неброской или бетонными плитами в зависимости от скорости течения.

П Форма поперечного сечения трубы - прямоугольная, с размерами 2х5 м. Радиус закругления оси горлового участка r0=4 м.

Пропускная способность сифонного водосброса определяется по формуле:

щвых=a·b=2·5=10 м2 - площадь выходного сечения трубы сифона;

- напор с учетом скорости подхода;

Н=4 м - геометрический напор;

- коэффициент расхода;

- сумма коэффициентов сопротивления.

Суммарный коэффициент сопротивления слагается из:

Местное сопротивление на вход: овх=0,1

Местное сопротивление на плавное сужение: опс=kпс овнс=0,24·0,3=0,072

kпс=0,24

Местное сопротивление на закругление: б=90о kб=1 о90=0,16

Сопротивление на трение по длине:

I участок:

l1=4,4 м

II участок:

l2=9,9 м

=0,438

Пропускная способность одной трубы:

Необходимое количество труб:

Ширина водосброса

скорость подхода

Пропускная способность одной трубы с учетом скорости подхода:

Пропускная способность всего водосброса:

Проверка пропуска максимального катастрофического расхода воды через водосброс производится по условию:

Окончательно принимаемое количество труб n=6.

Таким образом, необходимая пропускная способность водосброса обеспечена.

Для установления величины вакуума в горловом сечении и сравнивания его с допустимым значением производится определение давлений в сифоне.

Вакуум на оси трубы в горле сифона при :

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Нурекенова Р.Т. Гидротехнические сооружения Методические указания для практических занятий дял студентов специальности «Строительство» специализации «Водоснабжение и канализация»: ВКГТУ, 2005 г.

2. СНиП П-54-82. Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов). М.: Стройиздат, 1983.

3. СНиП 2-04.02-84. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения). М.: Стройиздат, 1985.

4. СНиП 2.01.14-83. Определение расчетных гидротехнических характеристик. М.: Стройиздат, 1985.

5. Руководство по определению расчетных гидротехнических характеристик. М.: Гидрометеоиздат, 1973.

6. Справочник проектировщика. Гидротехнические сооружения. / Под ред. В.П. Недриги/ М.: 1983.

7. СНиП 2.06.05-84. Плотины из грунтовых материалов. Нормы проектирования.-JI.: 1985.-28 с.

8. СНиП 2.06.06-85. Плотины бетонные и железобетонные,-. М.: Стройиздат, 1985.

9. Справочник по гидравлическим расчетам /Под ред. П Киселева/. М.: Энергия, 1975.

10. Смирнов Г.Н. Гидрология и ГТС.- М.: Высшая школа, 1988.

11. Грацианский М.Н., Александровский Ю.В. Гидрология и ГТС (учебник для студентов вузов).- М.: Высшая школа, 1961.-364 с.

12. Чугаев P.P. Гидротехнические сооружения.-В двух частях (учебник для студентов вузов).- М.: Агропромиздат, 1985. 4.1. Глухие плотины.- 318 с.

13. Железняков Г.В. Гидрология и гидрометрия (учебник для студентов вузов). М.: Высшая школа, 1981-264 с. *

14. Розанов Н.Н. Плотины из грунтовых материалов. М.: Стройиздат, 1983- 296 с.

15. Чураков А.И. Производство специальных работ в гидротехническом строительстве М.: Стройиздат, 1986.

16. Руководство по гидравлическим и русловым расчетам речных гидроузлов,- М.: Минводхоз СССР, 1980.

17. Справочник задач по гидравлике /Под ред. В.А. Большакова/,-М.: Высшая школа, 1979.

Размещено на Allbest.ru