Комплексный гидроузел с грунтовой плотиной

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки РФ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

ВСГТУ

Факультет "Сервиса, технологии и дизайна"

Кафедра "Технология кожи, меха и товароведения непродовольственных товаров"

Курсовая работа

по дисциплине "Гидротехнические сооружения"

на тему "Комплексный гидроузел с грунтовой плотиной"

Выполнила: Иванова А.В.

гр. 1128

Проверила: Цыцыктуева Л.А.

Улан-Удэ

2011

Содержание

Исходные данные при проектировании грунтовой плотины

Введение

1. Выбор створа плотины

2. Выбор основных размеров профиля плотины

2.1 Определение высоты плотины

2.2 Крепление откосов

2.3 Дренажные устройства

2.4 Фильтрационные расчеты

3. Водопропускные сооружения

3.1 Водосбросный канал

3.2 Расчет трубчатого водоспуска

Список использованной литературы

плотина дренажный водосбросный фильтрационный

Исходные данные при проектировании грунтовой плотины

1. Отметка НПУ 10,5м

2. Категория дороги на гребне плотины IV

3. Крепление верхового откоса железобетонные плиты

4. Скорость ветра v, м/с 17,5 м/с

5. Угол между продольной осью водоема и направления господствующих ветров в в градусах 30,0

6.Длина разгона волны 1500,0

7. Тип грунта плотины -суглинок

8. Уровень воды в нижнем бьефе 2,0 м

9. Расход паводковых вод сбросных вод 8 м³/с

10. Расход водоспуска 1,5 м³/с

Введение

Плотинами из грунтовых материалов называют водоподпорные сооружения, возводимые из естественных (глинистых, песчаных, крупнообломочных) или искусственных грунтов.

Следует отметить, что искусственными грунтами принято считать грунты природного происхождения, закрепленные и уплотненные различными методами, насыпные и намывные грунты, смеси естественных грунтов, а также твердые отходы примышленной и хозяйственной деятельности, например отходы горно-обогатительных предприятий, шлаки металлургической промышленности и другие.

Плотины из грунтовых материалов практически всегда бывают глухим, т.е не допускают перелива воды через гребень.

Грунтовые плотины получили широкое распространение во всех областях гидротехнического строительства благодаря следующим преимуществам:

· Их возведение возможно в любых географических районах не зависимо от климатических и грунтовых условий. В сейсмических условиях грунтовые плотины надежнее прочих т.к не теряют прочности и устойчивости;

· Для возведения грунтовых плотин пригодны практически все местные грунты, находящиеся непосредственно на месте строительства;

· Затраты на материал сводятся только к его перемещению, укладки и уплотнения;

· Стоимость возведения грунтовых плотин как правило, ниже стоимости возведения плотин из других материалов за счет механизации большинства видов работ;

· Грунтовые плотины могут быть любой высоты;

· Материал тела плотины не теряет своих свойств со временем, а обобщая устойчивость грунтового сооружения только возрастает;

· В процессе эксплуатации плотины не требуют затрат на текущее, а тем более капитальный ремонты, за исключением затрат на поддержание в рабочем состояния покрытие откосов, гребня и другие. (не зависит от состояния самой плотины);

· Грунтовые плотины можно не ограничено наращивать по высоте, причем без выключения из работы водоема при старом контуре плотины.

Наряду с достоинствами грунтовые плотины имеют и недостатки:

· Невозможность сброса максимальных расходов через гребень плотины,

· Наличие в теле плотины фильтрационного потока, потенциально создающего условия для фильтрационных деформаций;

· Возможность больших потерь воды на фильтрацию, если тело плотины выполнено из грунтов повышенной водопроницаемости;

· Трудность укладки насыпи при значительных и продолжительных минусовых температур;

· Неравномерность осадков по поперечному профилю плотины;

· Ограничение в использовании некоторых видов грунтов для тела плотины и оснований.

По высоте различают грунтовые плотины: высокие - с максимальным напором более 50,0 метра; средней - 15…50 м; низкие - с напором менее 15м

По способу производства работ различают насыпные и намывные грунтовые плотины. Поскольку в гидромелиоративном строительстве возводят преимущественно насыпные плотины, то в даоьнейшем мы будем вести речь только о них. Насыпные плотины бывают с искусственным уплотнением и без него. Их выполняют отсыпкой в воду, отсыпкой при помощи взрыва на выброс и др.

Необходимо отметить, что грунтовые плотины классифицируют также по использованным материалам и конструкциям противофильтрационных устройств в теле и основании плотины.

При проектировании и возведении грунтовых плотин необходимо учитывать следующие основные требования:

· Заложение откосов плотин должны обеспечивать устойчивость сооружения и его основания при всех возможных условиях строительства и эксплуатации;

· Откосы и гребень плотин должны иметь покрытие, защищающее их от волновых, ледовых и атмосферных воздействий;

· Дренажные устройства должны обеспечивать сбор и организованный отвод фильтрующийся воды, предотвращать фильтрационные деформации в теле и основании сооружений;

· Строительные и эксплутационные деформации плотины, ее отдельных элементов и основания не должны вызывать нарушения нормальной работы сооружения.

1. Выбор створа плотины

На положение створа плотины оказывают влияние различные условия: топографические, инженерно-геологические, гидрологические, строительные, трассировка водосбросного тракта, хозяйственные и др. в процессе выбора створа плотины на плане намечается ряд возможных вариантов. Окончательный выбор производиться на основании технико-экономического сопоставления вариантов с учетом компоновочных решений и эксплуатационных затрат по узлу.

Учитывая, что на выбор створа плотины оказывает влияние ряд факторов, необходимо критически подойти к оценке каждого из них и принять тот вариант, при котором затраты и сроки строительства будут минимальны, а последующая эксплуатация гидроузла - наиболее проста. При рассмотрении условий , влияющих на выбор створа плотины, необходимо знать те оптимальные пределы, которые и должны быть положены в основу при оценке каждого из вариантов.

Руководствуясь только топографией, створ плотины наиболее целесообразно располагать в самом узком месте водотока, так как это дает минимальный объем земляных работ. Желательно, чтобы водохранилища при выбранном створе имело минимальную площадь зеркала воды, что сокращает площади затопления и потери водя на испарения. И при этом подразумевается, что по контору водохранилищу не будет оградительных дамб, затраты на которые могут свести на нет преимущества короткого створа.

Геологические условия створа плотины прежде всего требуют, чтобы грунты в основании плотины были прочны и способны принять на себя дополнительную нагрузку от сооружений. Для водохранилищных гидроузлов существенную роль играет водопроницаемость грунтов как в створе плотины, так и в чаше водохранилища. Чем более мощный слой грунта с повышенным коэффициентом фильтрации залегает в основании плотины, тем сложнее и дороже противофильтрационные работы. Особенно трудоемки такие работы, когда их проводят непосредственно в ложе водохранилища. Поэтому на геологическое строение чаши водохранилища нужно обращать к ним особое внимание, а при выборе створа плотины учитывать фильтрационные потери воды, которые при неблагоприятном напластовании грунтов могут быть весьма большими.

Грунтовые плотины можно строить из слабоводопроницаемых и водопроницаемых грунтов на водопроницаемом и водонепроницаемом основаниях. На водонепроницаемом основании можно возводить следующие виды грунтовых плотин: однородные, с пластичным или жестким экраном, с ядром, с диафрагмой из разнородных грунтов( с водонепроницаемой верховой призмой).

Однородные грунтовые плотины строятся при наличии на месте строительства достаточного количества относительно водонепроницаемых грунтов: суглинков, лессов, а также тяжелых глин, насыщенных водой до нижнего предела пластичности. Т.е их строят практически из всех относительных водонепроницаемых грунтов. Грунтовые плотины из легких и средних суглинков возводятся без защитного слоя. При возведении плотин из тяжелого суглинков и глин с содержанием глинистых частиц 20%и более в районах с суровыми зимами целесообразно устраивать защитный слой из гравийного - песчаного или песчаного грунта по откосам и гребня плотины. Толщина защитного слоя должна быть не меньше глубины промерзания грунта. Для однородных плотин можно также использовать песчаные грунты при значении фильтрационного расхода воды, допустимого по водохозяйственным расчетам.

В однородных грунтовых плотинах рекомендуется устраивать дренажи со стороны низового откоса.

2. Выбор основных размеров профиля плотин

Очертания откосов. Откосы грунтовых плотин принимаются в зависимости от типа плотины, ее высоты и вида грунта, из которого она возводится, а также свойств основания. Верховой откос, который находится под воздействием волн и льда и насыщен водой почти на всю высоту, делают более пологим, низовой откос - более крутым. Откосы плотин высотой до 10…15 м принимаются с постоянным коэффициентом заложения. При большой высоте следует принимать ломаное очертание верхового и низового откосов, постепенно уменьшая их уклон от гребня к основанию.

Для предварительных расчетов плотин высотой до 15…20 м коэффициент заложения верхового откоса принимают 3…3,5, низового - 2,25…2,5, высотой 20…30 м - соответственно 3…3,5 и 2,25…2,75. После выполнения фильтрационного расчета плотины нужно обязательно сделать статический расчет устойчивости откосов и уточнить коэффициент заложения.

На основании вышеизложенного принимаем:

1. Район возведения гидроузла, в составе которой проектируется грунтовая плотина - Восточная Сибирь.

2. Основания плотины сложено из скальных пород.

3. По гребню плотины предусмотрена дорога IV категории для проезда автотранспорта.

4. В тело плотины укладывается суглинок.

5. Класс гидротехнических сооружений - IV.

Верховой откос принимаем без бермы. Заложение верхового откоса назначаем m₁=3,0, низовой откос принимаем с заложением равным 2 (m₂=2,0)

По гребню плотины предусмотрена автомобильная дорога IV категории, для которой ширина земляного полотна ( ширина гребня плотины) в_гр=10,0м.

2.1 Определение высоты плотины

Отметка гребня плотины назначается на основе расчета необходимого возвышения его над уровнем воды в верхнем бьефе.

Высоту плотины назначают с превышением d над расчетным уровнем воды в водохранилище, гарантирующем отсутствие перелива воды через гребень:

Н=h_в+d, м, где

h_в- расчетная глубина воды в ВБ

h_в= НПУ - ?_осн=68 - 58 = 10,0 м

d - превышение над расчетным уровнем воды в водохранилище, гарантирующим отсутствие перелива воды через гребень плотины

d = ?h + h_н + а,

где ?h - высота ветрового нагона волны

h_н - высота наката волн на откос плотины

а - конструктивный запас, равен 0,5 м

Высоту ветрового нагона определяем по формуле:

?h = К_w * х_w²*L / g ( d + ?h_zet) cosв

где: К_w - коэффициент, принимаемый в зависимости от скорости ветра (при х_w = 20,30,40,50 м/с), соответственно К_w=2,1;3;3,9;4,8.

d - глубина воды в ВБ, м

L - длина разгона волны по условию равно 1500м

Расчетная скорость ветра на высоте 10м над уровнем воды х_w= 17,50м/с

В первом приближении ?h_zet = 0, тогда:

?h = 2,1*10^-6*17,5²*1500/9,8*10*cos30 = 0,01

Так как, величина ветрового нагона на откос очень мала, то второго приближения при определении ?h_zet не делают.

Расчет высоты наката ветровых волн обеспеченностью 1 %

При проектировании плотин из грунтовых материалов наиболее характерной является глубоководная зона с глубиной более половины средней длины волны, т.е d > 0,5л.

Средние параметры волн в глубоководной зоне: высоту волны h (м), длину волны л (м) и период волн Т (с) определяют в следующем порядке.

Вычисляют безразмерные параметры

о= gL/ х_w ² или ф = gt/х_w,

где L - длина разгона волн, т.е длина водохранилищ по направлению ветра, определяемая по плану водохранилища с учетом розы ветров, м; t - продолжительность действий ветра ( при отсутствии сведений о продолжительности действия ветра допускается для предварительных расчетов принимать t = 6ч = 21600 с; g - ускорении свободного падения, м/с²;

х_w - расчетная скорость ветра на высоте 10м над уровнем воды, м/с.

По параметру о и графику 3.13 определяют е₁ и з₁, аналогично по значению ф находят е₂ и з₂. по меньшим значениям е и з вычисляют период волн. Т = е х_w/g и высоту волн h = з х_w²/g. При известном значении Т определяют среднюю длину волны:

л= gT²/2р.

Высоту волн Я - процентной обеспеченности следует рассчитывать по зависимости

h_Я = hK_Я,

где K_Я - коэффициент, определяемый по рис.5 в зависимости от значения и расчетной обеспеченности высоты волн Я.

Расчетная обеспеченность высоты волны Я_% в системе волн при определении высоты наката на откос, устойчивости и прочности креплений бетонными плитами принимается равной 1%, каменной наброской - 2%.

Приближенную расчетную высоту волны h_est и ее среднюю длину л_est в мелководной зоне можно определить по следующим зависимостям:

h_est = h_Яв; л_est = лб,

где б и в - коэффициенты, определяемые по рис.6.

Высоту наката на откос волн обеспеченностью 1% по накату h_run1% (м) для фронтально подходящих волн ( h_1%) при глубине перед сооружением d ? 2h_1% надлежит определять по следующей формуле [2]:

h_run1% = h_1%К_rK_pK_spK_runK_вK_Я,run,

где h_1% - высота бегущей волны обеспеченностью 1%, м; К_r и K_p - коэффициенты, учитывающие тип крепления откоса ( принимают по табл. 1); K_sp - коэффициент, учитывающий скорость ветра и заложение откоса ( принимают по табл. 2); K_run - коэффициент, учитывающий пологость волны и заложение откоса ( принимают по графику на рис.7); K_в - коэффициент, учитывающий угол фронта подхода волны к сооружению ( принимается по табл. 3.26); K_Я,run - коэффициент, учитывающий обеспеченность по накату волны ( определяют по табл. 4) [1]

Исходные данные. При отметке НПУ, равной 10,5, расчетная скорость ветра на высоте 10 м над уровнем воды х_w1= 17,50 м/с, длина разгона ветровой волны по направлению ветра L₁ = 1,5 км, непрерывная продолжительность действия ветра t₁ = 9ч, угол подхода фронта волны к сооружению в₁ = 30⁰. Коэффициент заложения верхового откоса m₁ = ctgб₁ = 3,0. Откос крепится бетонными плитами.

Первый расчетный случай.

1. Вычисляем безразмерные параметры:

о = gL₁/ х_w1² = 9,81*1500/17,5² = 48,05; ф = gt/ х_w1= 9,81*9*60*60/17,5 = =18162,5

По параметру о и графику (см. рис.4) определяем е₁ = 1,30 и з₁ = 0,0135. По параметру ф аналогично находят е₂ = 2,90 и з₂ = 0,045.

2. По меньшему значению е₁ = 1,30 вычисляем период волн:

Т = е₁ х_w1/g = 1,3*1,75/9,81 = 2,32.

По меньшему значению з₁ = 0,0135 вычисляем высоту волны:

h = з_1* х_w1 ²/g = 0,0135*17,5²/9,81=0,42м.

3. По формуле (3) определяем среднюю длину волны:

л = gT²/2р = 9,81*2,32²/2*3,14 = 8,41.

4.Обеспеченность высоты волны при определении высоты наката принимаем равной 1%. Высота волны при этой обеспеченности определяется умножением средней высоты волны h на коэффициент К_1%, который определяется по графику ( см. рис. 5) в зависимости от gL₁/ х_w1² = 48,05 и К₁ = 2,07.

Тогда h_1% = h * К_1% = 0,42*2,07=0,87м.

5.Высоту наката волн на откос определяем по (6), предварительно определив значения коэффициентов, входящих в эту зависимость:

· К_r и K_p принимаем по табл.1: для крепления откоса бетонными плитами К_r = 1,0, K_p= 0,9;

· по табл. 2 при скорости ветра х_w1 = 17,5 м/с и заложении откоса равном 3, путем интерполяции K_sp = 1,40;

· по графику на рис.7 в зависимости от заложения откоса m₁ = 3,0 и пологости волны л/ h_1% = 8,41/0,87 = 9,67 K_run = 1,39;

· по табл. 3 в зависимости от угла фронта подхода волн к сооружению в₁ = 30⁰ К_в = 0,92;

· по табл. 4 в зависимости от обеспеченности по накату волны Я = % K_run1% = 1,0.

Определяют высоту наката на откос волн 1 % - ной обеспеченности по формуле

h _run1% = h_1% К_rK_pK_spK_runK_вK_Я,run = 0,87*1,0*0,9*1,40*1,39*0,92*1,0=1,40.

Возвышение гребня плотины над НПУ рассчитываем по формуле ( 2)

d = Дh + h_н + а = 0,01 + 1,4 + 0,5м = 1,91м = 2,0 м

Тогда отметка гребня плотины по расчету:

vГП = vНПУ + d = 10,5м + 2м = 12,5м

2.2 Крепление откосов

Откосы земляных плотин подвержены разрушающим воздействиям ветровых волн, течений воды, льда, атмосферных осадков и других факторов (пучение и усадка глинистых грунтов, воздействие ветра, жизнедеятельность землеройных животных и пр.).

Для защиты верхового откоса рекомендует крепления следующих видов: а) каменную наброску из несортированного камня (сортированный камень допускается применять при соответствующем обосновании); б) бетонные монолитные, железобетонные с обычной и предварительно-напряженной арматурой; в) асфальтобетонные; г) биологические.

При соответствующем обосновании допускается применение облегченных креплений (грунтоцементных, из гравийно-галечниковых грунтов и пр.), а также устройство пологих волноустойчивых откосов. Крепление камнем в виде одиночного или двойного мощения, требующее больших затрат ручного труда, в настоящее время практически не применяют.

Чаще всего применяют крепления из каменной наброски, бетона и железобетона.

Асфальтобетонные крепления одновременно выполняют роль экрана плотины. Они могут быть однослойными или двухслойными.

Толщину слоя обычно применяют в пределах 8-12 см. водонепроницаемые защитные покрытия верхового откоса из асфальтобетона следует укладывать от подошвы до гребня сооружения с минимальным количеством швов. Такие покрытия достаточно хорошо работают и при образовании в водохранилище ледяного покрова.

Грунтоцементное крепление выполняют из грунта с добавкой цемента (до 10%) и воды. Грунтоцементную смесь укладывают слоями толщиной до 15 см и уплотняют катками. Крепления из грунтоцемента применяют при высоте волны до 1 м; толщина крепления перпендикулярно к откосу составляет не менее 1 м. применение конструкций такого типа требует проведения мероприятий по борьбе с противодавлением; к числу их недостатков относится растрескивание при промерзании.

Чтобы избежать снижения прочности грунтоцементной смеси, транспортировку ее от смесительной у установки, разравнивание и уплотнение следует производить в короткое время.

Низовой откос плотин в зоне волновых и ледовых воздействий со стороны нижнего бьефа крепится так же, как верховой. Остальную часть низового откоса защищают от атмосферных воздействий и в случае необходимости от разрушения землеройными животными. Чаще всего низовой откос укрепляют посевом многолетних трав по слою растительного грунта толщиной 20-30 см (сплошным или в клетках из дерна) ли одерновкой. Состав травосмеси подбирают в зависимости от климатических условий строительства и типа грунта в плотине. Есть примеры укрепления низовых откосов посадкой кустарников (с этой целью на низовом откосе Каховской плотины размещены ряды ивовых насаждений).

В районах с сухим жарким климатом низовые откосы покрывают уплотненным слоем щебня или гравийно-галечникового грунта толщиной 15-20 см либо применяют другие виды облегченных покрытий.

Для крепления верхнего откоса принимаем сборные железобетонные плиты размером 2 * 2 м и толщиной 0,1 м. Масса одной плиты 1т. Плиты объединяем в карты размером 8 * 8м путем омоноличивания швов.

Толщину плит определяем по формуле:

где: з_пл - коэффициент, принимаемый для монолитных плит, равным 1, а для сборных плит - 1,1;

н_пл - объемная масса плиты, m/м³;

В - размер плиты или карты

h_% - высота волны 1% - ной вероятности, равна 1,4м.

л - средняя длина волны , равняя 8,41

Результаты расчета подтверждает возможность крепления верхового откоса плитами толщиной 0,1м. Под плитами располагает однослойную фильтровую подготовку толщиной 0,2м.

Железобетонное крепление предусматриваем, начиная от гребня плотины и до отметки ниже УМО не менее чем на 2,8м. Ниже этой отметки принимаем крепление из гравелисто - галечниковых грунтов.

Низовой откос покрываем слоем растительного грунта толщиной 0,2м с посевом трав.

Для покрытия используем грунт, снятый в основании плотины.

2.3 Дренажные устройства

Дренажные устройства в теле и основании плотины выполняют с целью: а) приема и организованного отвода в нижний бьеф фильтрационной воды, чтобы исключить фильтрационные деформации грунтов тела и основания плотины, б) уменьшения зоны действия фильтрационного потока , что позволяет повысить устойчивость низового откоса; в) недопущения выхода фильтрационного потока на низовой откос - заглубления депрессивной кривой ниже зоны промерзания; г) ускорения консолидации глинистых и илистых грунтов и уменьшения порового давления в отдельных зонах плотины или основания.

Как правило, дренаж состоит из приемной и отводящей частей. Приемную часть обычно выполняют в виде обратного фильтра из слоев песка, гравия или щебня. Отводящую часть делают из более проницаемого материала (например, каменной наброски) или из дренажных труб. В некоторых случаях приемная и отводящая части могут быть выполнены из одного материала, например из крупного песка.

Дренаж низового клина земляных насыпных плотин предусматривают всегда, за исключением тех случаев, когда депрессионная кривая и без устройства такого дренажа достаточно удалена от поверхностного низового откоса, т.е в плотинах, низовой клин которых выполнен из крупнозернистого материала с высоким коэффициентом фильтрации; при возведении плотины на водопроницаемом основании, являющемся естественной дреной; в плотинах с экранами, ядрами и диафрагмами при небольшом расходе профильтровавшейся воды.

Дренажной призмой называют банкет из крупнообломочного материала с обратным фильтром. Банкет обычно выполняют отсыпкой камня в воду при перекрытии русла. По внутреннему откосу образованного таким образом банкета укладывают обратный фильтр. При наличии в основании мелкозернистого грунта и значительных выходных скоростях фильтрационного потока под банкетом также предусматривают устройство обратного фильтра.

При отсутствии на месте строительства достаточного количества крупнообломочных грунтов, пригодных для устройства банкета, применяют комбинированный или наслонный дренаж. Наслонный дренаж целесообразно применять на участках плотины, перекрывающих затапливаемую пойму, а также для защиты низовых откосов уже построенных плотин при выходе на них фильтрационного потока. Наслонный дренаж предотвращает оплывание грунта низового откоса, но не понижает депрессионную кривую в теле плотины.

В отдельных случаях при отсутствии камня дренажная призма может быть выполнена из пустотелых бетонных блоков.

Превышение гребня наружных дренажей максимальным уровнем воды в нижнем бьефе принимают с учетом ветрового нагона и наката волны, но не менее 0,5 м. Отметку гребня банкета комбинированного дренажа назначают также из условий перекрытия русла реки. Толщину наслонного дренажа определяют так же, как и толщину крепления из каменной наброски (см. гл.8), с учетом призмы поверху назначают по условиям производства работ, но не менее 1 м.

Внутренние дренажи ( трубчатый, горизонтальный) устраивают на тех участках плотины, которые в период эксплуатации не подтапливаются со стороны нижнего бьефа. Не рекомендуется применять внутренние дренажи, если плотина расположена на сильно деформируемом основании.

Трубчатый дренаж выполняют из перфорированных бетонных или асбестоцементных труб, уложенных с уклоном параллельно подошвы откоса и обсыпанных обратным фильтром. Через каждые 50-200 метров по длине трубчатого дренажа устраивают смотровые колодцы. Сечение дренажных труб подбирают из условия обеспечения в них без напорного движения воды

Отводящие устройства внутренних дренажей, выполняемые в виде труб или лент должны иметь уклон в сторону нижнего бьефа в пределах 0,04-0,05.

В последнее время получили распространение конструкции ярусных дренажей в виде горизонтальных, наклонных или вертикальных лент, заглубленных в тело платины. Такие дренажи выполняют: а) для обеспечения устойчивости верхового откоса плотины из маловодопроницаемых грунтов при быстрой сработке водохранилища; б) для уменьшения порового давления и ускорения процесса консолидации в глинистых грунтах.

В качестве дренажного устройства принимаем дренажный банкет из крупнообломочного материала с обратным фильтром

2.4 Фильтрационные расчеты

В нашем проекте используется - однородная плотина с дренажным банкетом.

Уравнения для определения фильтрационного расхода в этом случае имеет вид:

q_т= К_т * Н₁² - Н₂²/2 ( L_p + l_др)

где: H₁ и Н₂ - глубина воды в верхнем и нижнем бьефе;

L_p - ширина эквивалентного профиля плотины по основанию;

L_p=ДL+L

ДL = в Н₁,

где в - коэффициент, учитывающий крутизну верхового откоса, определяемый по формуле Г.К.Михайлова:

в = m₁ / (2 m₁ + 1)

при m₁ ? 2, значение в ? 0,4

L = m₁d+в_гр+m₂(H₁+d-h_g)-m₃h_g

Где:d-превышение гребня плотины над уровнем воды в верхнем бьефе, м

В_гр -ширина гребня, м;

h_g - высота дренажного банкета;

m₃ - заложение откосов дренажного банкета

Расход фильтрационного потока через тело плотины q_т определяют по зависимости (23), где

l_др - величина захода депрессионной кривой в дренаж, ею можно пренебречь и принять равной 0.

Кривую депрессии строят по уравнению (20) , задавая х от х = ДL до х = L_p.

Фильтрационный расчет ведем для однородной грунтовой плотины с дренажным банкетом, имеющей следующие параметры:

Н_пл = 12,0м; в_гр = 10м; m₁ = 3; m₂ = 2

h_д - высота дренажного банкета, равна 4м,

в_д - ширина гребня дренажного банкета, равна 2м,

m₃ = 1, m₄ = 1,5 - заложение откосов дренажного банкета.

Н_пл = 12,0м - высота плотины

Н₁ = 10,5м - глубина воды в верхнем бьефе,

Н₂ = 2,0м - глубина воды в нижнем бьефе.

По зависимости (24) определяем ширину эквивалентного профиля плотины по основанию:

L_p = 0,4 * 10.5 + 3 * 2 + 10 + 2 (10.5 + 2 - 4) - 1*4 = 32,2м

Удельный фильтрационный расход через тело плотины вычисляем по формуле (23):

q_т = 0,08(10.5² - 2²) / 2 * 32.2 = 0,132 м³/сутки

К_т = коэффициент фильтрации для суглинка равна 0,08 м/сутки.

Ордината кривой депрессии в начале дренажа h₂ = q_т / К_т = 0,132/0,08=1,65?2м

Координаты кривой депрессии в начале дренажа, определяемого по зависимости (20) равна:

Х,м	4	8	12	16	20	24	28	32
У,м	9,8	9,2	8,4	7,5	6,5	5,6	4,1	2,2

По полученным результатам на поперечном профиле плотины наносим депрессионную кривую.

Устойчивость откосов грунтовой плотины

Устойчивость откосов из однородных грунтов с постоянной объемной массой и постоянными физико-механическими характеристиками грунта определяют по графику ВНИИ ВОДГЕО.

Этот график построен для предельного состояния устойчивости и дает связь между углом наклона откоса к горизонту и характеристиками грунта ,c. Для ряда значений углов внутреннего трения на поле графика даны кривые.

При помощи графика можно определить, будет ли устойчив заданный откос при известных характеристиках грунта, или при заданных характеристик грунта найти устойчивый угол откоса.

Коэффициент запаса при расчете по графику принимают по табл.8.

При использовании графика ВНИИ ВОДГЕО вначале вычисляют вспомогательное число M .

M= С/v₁h,

Где С-удельное сцепление грунта т/м²

v₁ -удельная плотность грунта

h - высота откоса плотины, равна 10м.

- коэффициент запаса устойчивости согласно табл.20 [3]принимаем равным 1,1.

Определяем значение M:

M=2,0/1,1*1,8*12.5=0,08

По графику ВНИИ ВОДГЕО НА СТР.303 [4] определяем угол безлопастного откоса = 42⁰. Коэффициент безлопастного откоса m=ctg 42⁰=1,111. Таким образом, верховой и низовой откосы с коэффициентами заложения m=3 и m=2, будут устойчивыми, т.к. m‹2.

3. Водопропускные сооружения

Для пропуска избыточных паводковых вод, а также производства хозяйственных пропусков воды из водохранилища или опорожнения его при глухих плотинах устраивают водопропускные сооружения которые, подразделяются на водосбросы и водоспуски.

Водосбросы чаще всего делают поверхностными, через которое можно сбрасывать лед, верхние слои воды, мусор и т.д.

Водоспуски (донные выпуски) предназначены для сброса избыточной воды и полного опорожнения водохранилища с целью проведения сантехнических мероприятий , аэрации и подачи воды водопотребителям. Порог водоспуска закладывают на самой низкой отметки дна водохранилища, и тем достигает его полное опорожнение. Поэтому в первую очередь целесообразно соорудить водоспуски поскольку они могут быть использованы для пропусков расходов реки в период строительства плотины.

3.1 Водосбросные каналы

Водосбросные каналы как правило трассируют от уровня воды в водохранилище в обход плотины по одному из береговых склонов долины и сопрягают с дном балки (естественное углубление), или с уровнем воды нижнего бьефа реки на которой сооруженная плотина. Во избежание подмыва низового откоса когда водосбросный канал направлен в соседнюю балку приток реки, в овраг или низину паводковые расходы должны сбрасываться ниже плотины, т.е значительно удаляться от нее.

Подобные каналы широко применяются при сооружении небольших водохранилищ сельскохозяйственного назначения (с общим падением водосбросного тракта до 4 метров). Водосброс канала начинается и заканчивается расширенным сечением в виде раструба, чем обеспечивается плавный и спокойный выход, вход вод.

В качестве водосброса принимаем водосбросный канал без крепления поверхности откосов по данным нашего проекта Q = 8 м³/с, х_доп = 0,9м/с для суглинков средней плотности, глубина воды равна призме регулирования: h = h_рег = 1,1м.

Определяем площадь поперечного сечения:

W = Q_расч / х_доп = 8,0/0,9=8,89м²

Средняя ширина канала будет:

В_ср = w / h = 8,89/1,1=8,08м

Принимаем m = 2, тогда ширина канала по дну будет:

в = в_ср - m/h = 8,08-2*1.1=5,88м?6,0м

Определяем смоченный периметр:

Р = в + 2hv1+m²=6+2*1,1v1,+2²=10,92м

Гидравлический радиус определяем по формуле:

R = w/p=8.89/10.92=0.814м

По таблице определения коэффициента С при R=0,814 и коэффициенте шероховатости n=0.025 находим С=39,2. данные взяты из [5].

Определяем уклон канала:

i = х²_доп/С²R=0.90²/39,2²*0,814м =0,81/1250,82=0,00064.

Принимаем уклон i = 0,0006 и находим фактическую скорость:

х_факт=СvRi=39,2v0,814*0,0006=0,88м/с

Водосбросный канал размываться не будет, т.к. х_факт<х_доп

В качестве водоспуска принят трубчатый водоспуск.

Трубчатые водоспуски

Трубчатые водоспуски необходимы для опорожнения водохранилища водохозяйственных мероприятий ( орошения, обводнения, гидроэнергетике), сброса избыточных паводковых вод в нижний бьеф а также для пропуска строительных расходов. Трубчатые водоспуски располагают обычно в плотине в плотном грунте основания, поскольку в теле плотины могут быть значительные осадки, вызывающие в большинстве случаев разрыв или поломку труб. Поэтому более надежные трубы следует располагать внутри железобетонной галереи, которая используется в период строительства для пропуска строительных расходов.

Трубы водоспусков про диаметре равном 1м изготовляют из чугуна и железобетона, а при больших диаметрах из железобетона и стали. В условиях эксплуатации трубы работают как напорные. Подходную часть устанавливают за пределами верхового откоса плотины или врезают в откос его, предварительно закрепив ее бетонными плитами. Входящую часть трубы делают раструбной и перекрывают металлической решеткой, для защиты от попадания в трубы крупных предметов.

В выходной части трубы предусматривают задвижку, для открытия и закрытия водоспуска а также водобойный колодец для гашения энергии воды выходящей из трубы. Для устранения фильтрации вокруг стыков звеньев труб располагают железобетонные диафрагмы, диаметром не менее двух диаметров труб. По всей длине трубы обкладывают слоем глины или глинобетоном толщиной 25-30 см. Если предполагается большой расход воды через водоспуск то вместо одной трубы укладывают несколько труб подряд с расстоянием между ними не менее диаметра трубы.

4.2 Расчет трубчатого водоспуска

Расчетные расходы воды Q=1,5м³/с

Выходные отверстия уровней верхнего и нижнего бьефа Z=10,0м

Длина водоспуска =50,0м

Коэффициент сопротивления при входе е_вх=0,2

Диаметр трубы = 0,4м, диаметр входного отверстия 0,6м.

Определяем коэффициент сопротивления решетки:

Е_реш=1,5(0,4/0,6)⁴=0,3

Сумма коэффициентов всех местных сопротивлений находим из формулы.

Уе=е_вх+е_реш+е_зат+е_вых

Е_зат - коэффициент сопротивления затвора (при плоском затворе,е_зат=0,2;

е_вых =1 - коэффициент сопротивления при выходе при подтопленном выходном отверстии.

Уе = 0,2+0,3+0,+1=1,7

Гидравлический радиус:

R=W/P, где

W - площадь живого сечения:

W = р*D²/4=3,14*0,4²/4=0,126м²

Р - смоченный периметр:

Р = р*D = 3,14*0,4=1,26м

R=0,126/1,26=0,1м

Коэффициент расхода по формуле 2.82 [6]:

µ=v1/1+ е_вх+лl/4R, где

л - гидравлический коэффициент трения, принимаемый по табл. 2.6 [6], равный 0,025.

l - длина отводящей трубы,м

µ = v1/1,7+0,025*65/4*0,1=0,42

Живое сечение труб водоспуска определяем по формуле 2.81 [6] .

W=Q/µ*v2gz=1,2/0,42*v2*9,81*8=1,2/5,262=0,228м²

Принимаем водоспуск из 2 труб, тогда площадь сечения одной трубы:

w/2=0,228/2=0,114 м²

d=v4*0,114/3,14=0,38м=0,4м

Заключение

В ходе проведенных расчетных и графических работ выяснили,что данная водосливная плотина удовлетворяет всем поставленным условиям. Запроектированная плотина устойчива, т.к. коэффициент безопасного откоса m=1.111, а коэффициент заложения низового откоса m₁=2. И это удовлетворяет условию m₁›m. Также водосбросный канал плотины не будет размываться, т.к. х_факт<х_доп. К тому же мы получили практические знания и навыки проектирования гидротехнических сооружений.

Список использованной литературы

1. Нестеров М.В. Гидротехнические сооружения, Минск: Новое знание, 2006 г, в 16с .

2. Лапшенков В.С. Курсовое и дипломное проектирование по гидротехническим сооружениям, М: Агропромиздат, 1989, 448с.

3. Журавлев Г.И. Гидротехнические сооружения, М: Колос, 1979г, с.14.

4. Курсовое и дипломное проектировании по гидромелиорации под ред. Галедина П.Ф, М: Агропромиздат, 1990г, 400с.

5. Безменов А.И и др. Курсовое и дипломное проектирование. М: Колос, 1982г, 351с.

6. Гидротехнические сооружения. Проектирование и расчет. Учебное пособие. И.И.Кириенко, Ю.А.Хинерик, Киев: Выше школа, 1987г, - 253с.

7. Учебное пособие для студентов спеуиальности 280302 "Комплексное использование и охрана водных ресурсов", Цыцыктуева Л.А., 2011 г.

Размещено на Allbest.ru