Разработка проекта водохранилищного гидроузла в составе плотины из местных материалов, водосброса, водоспуска и водозабора
Выбор створа гидроузла и компоновка его сооружений. Определение отметки гребня плотины и его конструкции. Проектирование поперечного профиля плотины. Статический расчёт низового откоса. Фильтрационный расчет плотины. Проектирование и расчет водосброса.
| Рубрика | Строительство и архитектура |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 23.07.2013 |
| Размер файла | 798,5 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Курсовой проект
по дисциплине «Гидротехнические сооружения»
Разработка проекта водохранилищного гидроузла в составе плотины из местных материалов, водосброса, водоспуска и водозабора
Реферат
Водохранилищный гидроузел в составе плотины из местеых материалов, водосброса, водоспуска и водозабора. Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине «Гидротехнические сооружения» : 1-70 04 03 / БрГТУ; Песко Е.Н.; ВО-21; Кафедра СХГТМ. - Брест, 2010. - 1 лист графической части, 33 с., 1 таблица, 5 источников.
Ключевые слова: грунт, плотина, гребень плотины, водоупор, глубина промерзания, откос, коэффициент заложения, ядро, кривая депрессии, потеря устойчивости, водоспуск, водозабор, водосброс, бьеф, подводящий (отводящий) канал и др. В курсовом проекте ставятся следующие задачи: проектирование грунтовой плотины из местных материалов и проектирование водопропускных сооружений. Каждая задача разделяется на несколько параграфов, таких как: выбор створа гидроузла и компоновка сооружений, проектирование плотины из местных материалов, определение отметки гребня плотины, проектирование поперечного профиля плотины, фильтрационный расчет, статический расчет, расчет и проектирование водозабора, расчет и проектирование водоспуска, расчет и проектирование водосброса, гидравлический расчет подводящего (отводящего) канала, конструктивный и гидравлический расчет водосброса, статический расчет водосброса.
Содержание
Введение
1. Выбор створа гидроузла и компоновка его сооружений
2. Проектирование плотины из местных материалов
2.1 Определение отметки гребня плотины и его конструкции
2.2 Проектирование поперечного профиля плотины
2.3 Фильтрационный расчёт плотины
2.4 Статический расчёт низового откоса плотины
3.Проектирование и расчёт водозабора
4.Проектирование и расчёт водосброса
4.1 Гидравлический расчёт водоотводящего канала
4.2 Конструктивный и гидравлический расчёт водосброса
4.3 Статический расчёт водосброса
5.Проектирование и расчёт водоспуска
Заключение
Литература
Введение
Гидротехническими сооружениями называют инженерные сооружения, предназначенные для использования природных водных ресурсов (грунтовых вод, рек, озёр, морей) или для предотвращения вредного воздействия воды на окружающую среду (размыв берегов, наводнения). При помощи гидротехнических сооружений можно непосредственно управлять водотоками и водоёмами в соответствии с требованиями потребителей (регулировать уровень расхода воды, режим наносов, изменять направление водного потока, осуществлять пропуск льда и т.д.).
Гидроузлом называют группу гидротехнических сооружений, объединённых условиями совместной работы и местоположением.
В состав проектируемого гидроузла входит грунтовая плотина, ковшовый водосброс, трубчатый водоспуск, водозабор. При выборе створа гидроузла принимаем во внимание топографические условия объекта. Створ земляной плотины располагаем в наиболее узкой части поймы реки, перпендикулярно направлению горизонталей местности, что снижает объемы земляных работ и улучшает сопряжение тела плотины с основанием.
Водоспускное сооружение располагаем в русловой части плотины непосредственно на берегу реки. Водозаборное сооружение располагаем в пойменной части плотины на отметке УМО.
Водохранилище - это искусственный водоём, образованный водоподпорным сооружением на водотоке с целью хранения и регулирования стока воды.
В данной курсовой работе будут представлены расчёты для водохранилищного гидроузла в составе плотины из местных материалов, водосброса, водоспуска и водозабора.
1. Выбор створа гидроузла и компоновка его сооружений
На положение створа плотины оказывают влияние следующие основные факторы:
1) топографические, определяющие длину плотины и ее высоту. При прочих равных условиях створ плотины располагают в наиболее узкой части водотока, нормально к горизонталям, что обеспечивает наименьший объем земляных работ;
2) инженерно-геологические, оцениваемые прочностными характеристиками грунтов, их напластованием и водопроницаемостью. Большое значение имеет также водопроницаемость грунтов, слагающих чашу водохранилища, их взаимное расположение и падение пластов. Нужно подчеркнуть, что инженерно-геологическое строение грунтов, слагающих чашу водохранилища, и основания плотины нередко является решающим для выбора створа плотины;
3) гидрологические, связанные с решением вопроса о наполнении водохранилища и расходах, сбрасываемых в период половодья или паводка в нижний бьеф;
4) расположение водосброса, которое существенно сказывается на стоимости узла и оказывает влияние на его эксплуатацию. Наиболее целесообразно выбирать створ плотины одновременно с трассировкой водосброса.
Компоновка гидроузлов включает выбор створа подпорных сооружений, трасс судоходных, рыбопропускных и водосбросных сооружении, площадки для строительства поселков, производственной базы и др. При этом сопоставляют наиболее целесообразные в данных природных условиях варианты с определением для каждого из них наиболее рационального состава, типов и размещения сооружений.
Компоновка гидроузла должна всесторонне учитывать природные, производственно-строительные, общехозяйственные условия района строительства, а также возможность использования существующих транспортных и других коммуникаций. Особое внимание необходимо уделять геологическому строению участка, изменению бытовых гидрологических и гидрогеологических условий при создании подпора и, в частности, изменению режима потока в верхнем и нижнем бьефах, заилению наносами водохранилища и переформированию русла реки и берегов в подходах к гидроузлу, подтоплению и заболачиванию территории, сохранению возможности разработки природных ресурсов в случае их затопления или подтопления, устойчивости береговых склонов в верхнем и нижнем бьефах, условиям судоходства и лесосплава, рыбоводству и рыболовству, санитарной обстановке в зоне влияния гидроузла, возможным нарушениям работы систем водоснабжения и мелиорации, влиянию подпора на транспортные связи между берегами в районе гидроузла и водохранилища и возможности их улучшения.
Планировочные решения, размещение отвалов грунта и карьеров надлежит увязывать с окружающим ландшафтом. Генеральный план гидроузла следует увязывать с проектом развития района, в котором располагаются гидроузел, промышленные объекты, поселки строителей и эксплуатационников и новые жилые образования, с учетом магистралей, соединяющих этот комплекс с населенными пунктами, железнодорожными станциями и портами, предусматривая возможность расширения промышленных и жилых образований, возникающих в районе гидроузла.
При выборе компоновочного решения необходимо обеспечить наиболее рациональные условия производства строительных работ (удобство подъездов к гидроузлу, целесообразную трассировку строительных дорог, благоприятные гидравлические режимы в период пропуска строительных расходов и временной эксплуатации, максимально возможное сбалансирование объемов выемок и насыпей с сокращением благодаря этому объема карьеров, резервов, отвалов и т.п.).
При организации и размещении строительного хозяйства и поселков следует иметь в виду необходимость обеспечения наибольших удобств для жителей и возможность последующего развития промышленного и гражданского строительства. При этом учитывается наличие населенных пунктов, объектов стройиндустрии и других предприятий, которые могут быть использованы при строительстве гидроузла, а также расположение строительной площадки по отношению к существующим подъездным путям и источникам энергоснабжения.
При сопоставлении вариантов компоновки гидроузла необходимо учитывать сроки и размеры затрат, необходимых по каждому варианту для первоочередного ввода объектов хозяйственного комплекса, а также выдачи мощности гидроэлектростанции на неполном напоре.
В водохранилищах, создаваемых с помощью грунтовых плотин, различают три уровня поверхности воды:
Отметки этих уровней вычисляем с помощью водохозяйственных расчетов:
(1.1)
где: Н1 = 7,3 м - глубина воды в верхнем бьефе,
Н2 = 1,2 м - глубина воды в нижнем бьефе,
Дh = 1,1 м - глубина сработки водохранилища,
- превышение отметки берега реки над УВ (принимаем равным 0,5 м).
2. Проектирование плотины из местных материалов
гидроузел водосброс плотина откос
Поперечный профиль плотины проектируем трапецеидальной формы. При проектировании плотины необходимо соблюсти следующие основные требования:
- заложение откосов плотины должно обеспечивать устойчивость сооружения и его основания при всех возможных условиях строительства и эксплуатации;
- откосы и гребень плотины должны иметь покрытия, защищающие их от волновых, ледовых и атмосферных воздействий;
- дренажные устройства должны обеспечивать сбор и организованный отвод фильтрующей воды, предотвращать фильтрационные деформации в теле и основании сооружений;
- строительные и эксплуатационные деформации плотины, ее отдельных элементов и основания не должны вызывать нарушения нормальной работы сооружения.
Поперечный профиль грунтовой плотины показан на рисунке 2.1, где даны также названия отдельных ее элементов.
Рис. 2.1 Поперечный профиль земляной плотины 1--тело плотины; 2--подошва плотины; 3--берма верхового откоса; 4--упор крепления; 5-- крепление верхового откоса; 6--гребень плотины; 7--крепление низового откоса; 8--берма низового откоса; 9--дренаж; 1О--замок; 11--естественная поверхность грунта; 12 -- водопроницаемый грунт; 13 -- водоупор.
2.1 Определение отметки гребня плотины и его конструкции
Гребень плотины, как правило, используется для проезда автотранспорта. Ширина его в этом случае определяется категорией дороги. В нашем случае категория дороги - 5, тогда ширина гребня - 8 м. Вдоль гребня плотины с обеих сторон в пределах обочин ставят ограждения в виде столбов, низких стенок и парапетов.
Превышение отметки гребня плотины над уровнем воды в водохранилище определяется по расчетной формуле:
(2.1)
где: Дhset - ветровой нагон в верхнем бьефе,
- высота наката ветровых волн обеспеченностью 1%,
a - конструктивный запас по высоте плотины (принимаем равным 0,5 м).
Расчет выполняем для двух расчетных случаев:
а) уровень воды в водохранилище находится на отметке НПУ;
б) уровень воды в водохранилище находится на отметке ФПУ.
Для двух расчетных случаев определяем высоту наката и нагона волны, окончательную отметку гребня плотины выбираем максимальную из двух случаев.
(2.2)
а) Уровень воды в водохранилище находится в отметке НПУ.
Высоту нагона волны определяем по формуле:
(2.3)
где: KW - коэффициент принимаемый в зависимости от скорости ветра (принимаем равным 2,1 10-6 м.),
Vw - расчетная скорость ветра (по условию 16 м/с),
L - длина разгона волны (по условию 4000 м),
g - ускорение свободного падения (9,81 м/с2),
H1 - глубина воды в верхнем бьефе (7,3 м),
в - угол направления господствующих ветров (по условию 15о)
Решая квадратное уравнение, находим, что Дhset = 0,03 м.
Высоту наката волны определяем по формуле:
(2.4)
где: Kr, Kp - коэффициенты, определяемые по таблице 6 [1], равные 1 и 0,9 соответственно;
Ksp - коэффициент, определяемый по таблице 7 [1], равный 1,34;
Krun - коэффициент, определяемый по графику 16 [1], равный 1,20.
Для определения коэффициента h1% и высоты волны h определяем безразмерные коэффициенты и по формулам:
и (2.5)
где: t - продолжительность действия ветра, равная 6 ч. или 21600 с.
и
По огибающей кривой графика 4 [1] находим значения коэффициентов е и з:
е1 = 1,75; з1 = 0,021;
е2 = 4,24; з2 = 0,092;
По наименьшим значениям е и з определяем период волны:
(2.6)
высоту волны:
(2.7)
длину волны:
(2.8)
Для определения h1% проверяем наличие мелководной или глубоководной зоны, если Н1 < 0,5л, то зона мелководная, если Н1 > 0,5л, то зона глубоководная (7,3 > 6,35). Имеем глубоководную зону. Тогда h1% определится по формуле:
(2.9)
где: Ki - коэффициент, определяемый по графику 14 [1], равный 2,07;
Зная все значения коэффициентов, найдем hrun1%:
Вычислив значения нагона и наката волны, определяем значение :
б) Уровень воды в водохранилище находится в отметке ФПУ
Высоту нагона волны определяем по формуле:
где: KW - коэффициент, принимаемый в зависимости от скорости ветра (принимаем равным 2,1 10-6 м.),
V - расчётная скорость ветра (по условию 12 м/с),
L - длина разгона волны (по условию 4000 м),
g - ускорение свободного падения (9,81 м/с2),
в - угол направления господствующих ветров (по условию 15о)
Решая квадратное уравнение, находим, что Дhset = 0,01 м
Высоту наката волны определяем по формуле:
где: Kr, Kp - коэффициенты, определяемые по таблице 6 [1], равные 1 и 0,9 соответственно;
Ksp - коэффициент, определяемый по таблице 7 [1], равный 1,34;
Krun - коэффициент, определяемый по графику 16 [1], равный 1,43.
Для определения коэффициента h1% и высоты волны h определяем безразмерные коэффициенты и по формулам:
и
где: t - продолжительность действия ветра, равная 6 ч. или 21600 с.
и
По огибающей кривой графика [1] находим значения коэффициентов е и з:
е1 = 2,23; з1 = 0,028;
е2 = 4,54; з2 = 0,097;
По наименьшим значениям е и з определяем период волны:
высоту волны:
длину волны:
Для определения h1% проверяем наличие мелководной или глубоководной зоны: если Н1 < 0,5л, то зона мелководная, если Н1 > 0,5л, то зона глубоководная (8,0 > 5,82). Имеем глубоководную зону. Тогда h1% определится по формуле:
где: Ki - коэффициент определяемый по графику 14 [1], равный 2,08;
Зная все значения коэффициентов, найдем hrun1%:
Вычислив значения нагона и наката волны, определяем значение :
Определим отметку гребня плотины для двух случаев:
Из двух отметок принимаем наибольшую:
2.2 Проектирование поперечного профиля плотины
гидроузел водосброс плотина откос
Заложение откосов плотины должно отвечать их статической устойчивости. Верховые откосы принимают более пологим, чем низовые, так как их грунты насыщены водой.
Верховые откосы подвержены различного рода силовым воздействиям, из которых определяющими являются волновые. Для предотвращения разрушения откосов применяют различные защитные покрытия, наибольшее распространение получили каменные, бетонные и железобетонные, реже применяют асфальтовые и биологические.
Для повышения устойчивости крепления применяют упоры, располагая их в местах перехода к неукрепленному откосу и на бермах. Упоры препятствуют сползанию откосного крепления и предохраняют нижнюю часть от подмыва. Бетонные упоры выполняют монолитными или сборными, предусматривая их армирование, необходимое по условиям монтажных работ.
Для возможности проведения надзора за состоянием плотины, покрытия и ремонта, а также для увеличения ширины плотины по основанию в целях удлинения пути фильтрации устраивают бермы. Они выполняются через 10-15 м. по высоте плотины с целью обеспечения проезда и уменьшения потока талых и ливневых вод, стекающих по откосу и разрушающих его. Для сбора стекающих по откосу вод на внутренней стороне бермы устраивают кюветы с выпуском из них воды в лотки. Берме придают уклон в сторону кювета. Ширину берм, если по ним нет проезда, назначают в переделах 1-2 м.
Дренажи в земляных плотинах служат для понижения депрессионной кривой, предотвращения выхода фильтрационного потока на откос и отвода профильтровавшейся через тело плотины воды в нижний бьеф.
Исходя из задач, выполняемых дренажем, он должен иметь две основные части: приемную в виде того или иного устройства, обеспечивающего поступление фильтрационного потока из тела плотины, а также ее основания и предотвращающего фильтрационные деформации, и отводящую, которая транспортирует профильтровавшуюся воду за пределы плотины. В некоторых типах дренажей четкого разграничения этих двух частей не наблюдается.
Депрессионная кривая должна быть заглублена относительно плоскости низового откоса не меньше чем на глубину промерзания. При этом отводящая часть дренажа должна беспрепятственно удалять воду за пределы плотины, для чего иногда отепляют выходную его.
Практика гидротехнического строительства выработала довольно много конструкций дренажей, применение которых зависит от типа плотины, грунтов основания и грунтов тела плотины. Основные конструкции дренажей, зарекомендовавшие себя в плотиностроении, показаны на рис. 2.2.
В зоне подхода фильтрационного потока к дренажу градиенты напора возрастают, не исключая появления фильтрационных деформаций грунта тела плотины и основания. Для предотвращения этих деформаций приемную часть дренажей на контакте с телом плотины и основанием защищают обратными фильтрами. Гранулометрический состав материала обратного фильтра должен быть подобран с учетом характера дренируемого грунта и имеющихся местных фильтровых материалов.
Состав фильтра должен исключать:
а) отслаивание глинистого грунта на контакте с материалом фильтра для плотин из глинистого грунта или для плотин на глинистом основании;
б) проникание частиц грунта в поры фильтра для зон нисходящего фильтрационного потока в плотинах из песчаного грунта;
в) выпор грунта в поры материала фильтра для песчаного основания в зоне восходящего фильтрационного потока;
г) размыв грунта на границе с фильтром фильтрационным потоком, направленным вдоль контакта.
Материал, применяемый для обратных фильтров дренажей, должен быть морозостойким в зонах возможного промерзания, не должен размокать и растворяться под действием фильтрационного потока.
Для обратных фильтров дренажей могут быть использованы и искусственные минеральные волокнистые материалы, изготовленные из стеклянного, или базальтового волокна. Эти материалы используют и вместо фильтровой подготовки под бетонные и железобетонные покрытия верховых откосов. Укладывают их под всей площадью плит или в виде лент (поясов) шириной 40 см в местах стыков плит.
Размеры грунтовых противофильтрационных устройств определяют расчетом и корректируют затем по условиям производства работ при выполнении их механизированным способом.
Верх противофильтрационных элементов (ядер, экранов) принимают выше ФПУ, учитывая одновременно, чтобы расстояние от их верха до гребня плотины было не менее глубины промерзания.
Противофильтрационные устройства типа замков и зубьев обычно выполняют глубиной до 6 м.
Поверх экранов и понуров для защиты их от промерзания укладывают пригрузку из песчаных или песчано-гравелистых грунтов. Толщину ее назначают исходя из климатических условий и производства работ.
В курсовом проекте предусмотрено строительство грунтовой насыпной плотины. Коэффициенты заложения откосов (верхового m и низового m) при относительно небольшой высоте плотины Н= ГП - Дна=153,0-143,0=10,0 м принимаем в соответствии с таблицей 21: m=3,5 , m=3,0. Бермы устраивают на откосах плотин высотой более 15м, т. к. проектируемая плотина имеет высоту менее 15м (10,0 м), то бермы не предусмотрено. Наиболее подходящим грунтом для отсыпки плотины в данном случае является песок мелкий. В теле плотины необходимо предусмотреть противофильтрационное устройство(экран).
Для защиты верхового откоса от размыва предусматривается крепление в виде сборных железобетонных плит, толщина которых определяется по формуле:
, м (2.10)
где л - длина волны (при НПУ),м,
гв,гб - объёмная масса воды и ж/б (гв=1000кг/м3, гб=2400 кг/м3),
- высота волны (при НПУ), м,
b - размер плиты в направлении падения откоса b=1,5м;
Принимаем плиты толщиной д=15см.
2.3 Фильтрационный расчёт плотины
В грунтовых плотинах под влиянием напора происходит фильтрация воды из верхнего бьефа в нижний. При безнапорном движении фильтрационный поток ограничивается сверху свободной (депрессионой) поверхностью, во всех точках которой давление постоянно и равно атмосферному. Ниже депрессионой поверхности грунт находится во влажном состоянии, что снижает устойчивость плотины. Выше поверхности находится зона капиллярного поднятия воды, высота которой зависит от физико-механических свойств грунта, слагающего плотину.
Целью фильтрационного расчёта является:
1. определение удельного и полного фильтрационного расхода через тело плотины и основание.
2. определение положения кривой депрессии.
3. оценка фильтрационной прочности грунтового основания и тела плотины.
Расчёты ведутся при следующих допущениях:
1. фильтрация рассматривается в одной плоскости.
2. водоупор считается горизонтальным и водонепроницаемым.
3. грунт тела плотины считается однородным.
4. положение кривой депрессии не зависит от вида грунта, а зависит от геометрических размеров плотины.
Расчёт плотины с экраном:
(2.11)
(2.12)
Уравнение кривой депрессии:
(2.13)
Решаем данную задачу методом подбора:
1)Принимаем при
2)Принимаем при
3)Принимаем при
Рассчитаем координаты кривой депрессии:
Для оценки фильтрационной прочности грунтов основания и тела плотины определим величину выходного фильтрационного градиента:
<
2.4 Статический расчёт низового откоса плотины
Целью статического расчета является определение коэффициентов запаса устойчивости откосов плотины заданного поперечного профиля при известных нагрузках и характеристиках грунтов тела плотины и основания.
Расчет устойчивости откосов проводим по методу кругло-цилиндрических поверхностей скольжения.
Основные формулы, применяемые при расчёте:
1. Приведенная высота полосы определяется по формуле:
(2.14)
где ггр. - объемная масса соответствующего грунта (26,4 кН/м3); гнас1 - объемная масса грунта в насыщенном водой состоянии:
(2.15)
где n-относительная пористость данного грунта (n=0,32).
гнас1 = (1-n)( гг- гв) = (1-0,32)(26,4-10) = 11,2 кН/м3
Угол внутреннего трения (ц) и сцепление грунта (С) для водонасыщенного грунта принимаем на 30% меньше, чем для сухого.
Сведём статический расчёт низового откоса плотины в таблицу 2.1.
Таблица 2.1 Таблица для расчёта устойчивости низового откоса плотины
|
номер полосы |
sin б |
cosб |
h1,м |
,м |
м |
hпр*sinб * |
hпр*cosб * |
ц |
tgц |
hпр* cosб *tgц * |
C |
l,м |
С*l,кН |
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
|
|
7 |
0,70 |
0,71 |
2,00 |
- |
2,00 |
23,24 |
23,57 |
38,0 |
0,78 |
18,38 |
3,80 |
5,50 |
20,90 |
|
|
6 |
0,60 |
0,80 |
3,50 |
1,00 |
4,17 |
41,53 |
55,38 |
26,6 |
0,50 |
27,69 |
2,66 |
35,72 |
95,02 |
|
|
5 |
0,50 |
0,87 |
2,75 |
2,75 |
4,59 |
38,10 |
66,29 |
33,15 |
||||||
|
4 |
0,40 |
0,92 |
2,00 |
4,13 |
4,77 |
31,67 |
72,85 |
36,43 |
||||||
|
3 |
0,30 |
0,95 |
1,38 |
5,00 |
4,73 |
23,56 |
74,59 |
37,30 |
||||||
|
2 |
0,20 |
0,98 |
0,50 |
5,50 |
4,19 |
13,91 |
68,16 |
34,08 |
||||||
|
1 |
0,10 |
0,99 |
0,13 |
5,25 |
3,65 |
6,06 |
59,98 |
29,99 |
||||||
|
0 |
0,00 |
1,00 |
- |
4,50 |
3,02 |
0,00 |
50,13 |
25,07 |
||||||
|
-1 |
-0,10 |
0,99 |
- |
3,50 |
2,35 |
-3,90 |
38,62 |
19,31 |
||||||
|
-2 |
-0,20 |
0,98 |
- |
1,50 |
1,01 |
-3,35 |
16,43 |
8,22 |
||||||
|
-3 |
-0,32 |
0,95 |
- |
0,50 |
0,34 |
-1,81 |
5,36 |
2,68 |
||||||
|
Сумма |
33,63 |
169,01 |
272,3 |
115,92 |
2.Длина дуги кривой скольжения по участкам l1,l2 определится по формуле:
(2.16)
где в - центральный угол дуги соответствующей зоны (9?;58,5?);
R - радиус кривой скольжения; R=35,0 м.
Коэффициент запаса определится из формулы:
(2.17)
где b - ширина полосы, равная 0,1R = 3,5 м.
-площадь фильтрационного потока в зоне массива обрушения, определяется по формуле = hнас· b=33,63·3,5=117,71 м;
r - плечо силы относительно центра вращения, r=32,5 м.
Так как значение коэффициента устойчивости Ку больше нормативного, то условие устойчивости низового откоса плотины соблюдается.
3. Проектирование и расчёт водозабора
Водозаборные сооружения используются для постоянных пропусков воды из водохранилища в нижний бьеф для полного или частичного опорожнения в целях ремонта сооружения.
Для обеспечения забора воды из водохранилища из чистых горизонтов входной оголовок устраивают на отметке УМО, которая равна 149,20 м. Необходимое число нитей водозабора устанавливают путем гидравлического и технико-экономического расчётов. Для гашения избыточной энергии потока в конце трубы водозабора устраивают водобойный колодец. Его глубину назначают в пределах половины диаметра трубопровода.
При небольших расходах и напорах водозабор выполняют из металлических труб. Расход регулируется водопроводной задвижкой, устанавливаемой в конце трубы. Для предупреждения повышенной фильтрации вдоль трубы через 3-5 м устраивают поперечные диафрагмы из металла или бетона высотой не менее двух диаметров трубы. Трубы обмазывают битумом и укладывают на подготовку из бетона низкой марки, толщиной 15 см, сверху и по бокам засыпают глиной с тщательной утрамбовкой.
3.1 Проектирование подводящего и отводящего канала
Подводящий канал осуществляет транспортирование воды к водозаборному сооружению. Поперечное сечение канала принимаем трапецеидальным. Отметку дна канала назначаем равной отметке УМО = 149,20 м.
Исходные данные к расчету:
1.Расчетный расход Qр=1,8 м3/с;
2.Продольный уклон дна канала i=0,0003;
3.Коэффициент шероховатости русла канала n=0,0275;
4.Допускаемая скорость на размыв ==0,451,80,1=0,48 м/с.
5.Коэффициент заложения откосов канала m=2,0 (для песка).
Гидравлический расчёт канала выполняем по методу Агроскина, принимаем глубину наполнения канала h=1,1 м.
Определяем функцию:
где
По таблице приложения II :
по n=0,0275 и
По и m=2,0 по таблице приложения II:
Откуда находим b=2,19*0,63=1,38 м
Проверяем устойчивость русла канала на размыв, для чего определяем фактическую среднюю скорость течения воды в канале:
Так как фактическая скорость меньше допускаемой скорости на размыв, то размыва русла канала не происходит.
3.2 Гидравлический расчет водозабора
Исходные данные к расчёту:
1. Расчетный расход Qp =1,8 м3/с
2. Материал труб: сталь
3. Количество ниток труб: 2
4. Длина одной нитки труб:
где b - ширина плотины по верху b=8,0 м
высота плотины;
153,00-150,60=2,40 м
8,0+2,40(3,5+3,0)+3=26,6 м
Определяем диаметр одной нити трубопровода:
где расчётный расход в одной нити трубопровода:
Рекомендуемая скорость движения воды в трубопроводе 1,5 - 2,0 м/c
Пусть 1,7 м/с
Принимаем стандартный диаметр стальных труб 8048
Уточняем фактическую скорость движения воды в трубопроводе:
vфакт=
Фактическая скорость не вышла за пределы допустимых значений ( 1,5 - 2,0 м/c).
Минимальный уровень воды в ВБ, который обеспечивает гарантированный забор, определяется из условия:
УВБ=НБ+?h
НБ=УМО+h=149,20+1,10=150,30 м
Потери напора в трубопроводе:
Потери напора на сороудерживающей решётке:
Коэффициенты потерь на входе и решетке и взяты из справочника
Потери напора по длине трубопровода:
где эквивалентная шероховатость стальных труб, равна 1 мм.
R - гидравлический радиус:
Потери напора на затворе:
Потери на выходе из трубопровода:
?h=hвх+hреш+hдл+hзат+hвых=0,08+0,05+0,11+0,03+0,16=0,43 м
Минимальный уровень воды в верхнем бьефе:
УВБ=НБ+?h=150,30+0,43=150,73 м
4. Проектирование и расчёт водосброса
Под водосбросами понимают комплекс сооружений, задача которых - обеспечить беспрепятсвенный пропуск расчётных максимальных расходов воды из верхнего бьефа в нижний.
В состав водосбросного сооружения входят:
- шахта;
- водоотводящий трубопровод;
- устройство для гашения кинетической энергии потока;
- водоотводящий канал.
4.1 Проектирование и гидравлический расчёт водоотводящего канала
Водоотводящий канал устраивается за водосбросом и отводит воду в русло реки.
Поперечное сечение канала принимаем трапецеидальным. Гидравлический расчёт заключается в определении параметров поперечного сечения канала.
Исходные данные:
1. Расчётный расход
2. Уклон дна канала i=0,0003
3. Коэффициент шероховатости n=0,0275
4. Коэффициент заложения откосов канала m=2,0
5. Допускаемая скорость на размыв
Гидравлический расчёт канала выполняем по методу Агроскина. Определяем функцию:
По таблице приложения II :
=1,04 м
Принимаем глубину наполнения канала h=1,0 м.
По и m=2,0 по таблице приложения II :
Отсюда находим b=10,06*1,04=10,46 м
Проверяем устойчивость русла канала на размыв, для чего определяем фактическую среднюю скорость в канале:
Так как фактическая скорость незначительно превышает допускаемую скорость на размыв , то будет наблюдаться размыв русла канала. Поэтому предусматриваем крепление водоотводящего канала сплошной одерновкой.
4.2 Конструктивный и гидравлический расчет водосброса
Рис. 4.1 Схема гидравлического расчёта шахтного водосброса
Исходные данные:
1. Расчётный расход Qp=7,0 м3/с
2. Расчётный напор на гребне водослива шахты
3. Расчётный напор на водосбросе
4. Материал труб транзитной части - железобетон
5. Длина трубопровода Lт=26,6 м
Определяем длину водослива шахты:
где 1,25 - коэффициент, учитывающий возможность загрязнения решётки
K - коэфициент, учитывающий влияние решётки на входное отверстие шахты:
K=(a+c)/a=(40+9)/40=1,225
где а - расстояние между стержнями решетки;
с - толщина стержня решётки;
- коэффициент подтопления водослива, табл.6: =0,97
Назначаем габаритные размеры входной части шахты, приняв очертание прямоугольным.
l=1,2b l+b=10,14/2=5,07
b=2,30 м l=1,2*2,3=2,78 м
Назначаем одну нить труб 0,81,0 м
Определяем скорость движения воды в трубопроводе:
м/с
Определяем суммарные потери напора на сооружении:
=0,3; =0,2
4.3 Статический расчёт шахтного водосброса
P1 - собственный вес шахты и фундамента, кН
P2 - вес сороудерживающей решётки и вспомогательного оборудования, кН
P3 - сила трения стенок шахты и грунта, кН
W - сила взвешивающего давления воды на шахту, кН
Статический расчёт шахты заключается в определении коэффициента устойчивости на всплытие, который равен:
где - сумма всех вертикально действующих (удерживающих) сил, направление действия которых совпадает с направлением действия силы тяжести;
- сумма всех вертикально действующих (опрокидывающих) сил, направления которых обратные направлению действия силы тяжести.
=24 ;
P1=Pш+Pф=927 кН
Р2 принимаем равной 30% от Р1: Р2 =0,3927=278,1 кН
Сила трения грунта о стенки шахты определяется величиной действующего активного давления влажного грунта:
где К - коэффициент трения влажного грунта о стенки шахты, выполненные из бетона, К=0,4;
l - периметр шахты по наружной стороне:
l=(b+2*0,4)*2+(l+2*0,4)*2=13,36 м
h- мощность грунта за стенками шахты,
ц- угол внутреннего трения влажного грунта за стенками шахты, ц=26,6ъ
гнас=11,2 кН/ - объёмная масса грунта за стенками шахты.
=0,4639,513,36=3417 кН
К опрокидывающим силам относится действие взвешивающего давления:
41,825*10=418,25 кН
Kвспл > [Кдоп] = 1,1 , следовательно, шахта будет устойчива на всплытие.
Так как разница этих коэффициентов значительна, то уменьшаем толщину фундамента с 0,6 м до 0,4 м.
5.1 Проектирование и гидравлический расчёт водоподводящего и водоотводящего каналов
Водоспуск относят к водопропускным сооружениям, основным его назначением является полное или частичное опорожнение водохранилища. Это назначение определяет то, что входной оголовок должен располагаться на самой низкой отметке уровня воды. В конструктивном отношении водоспуск аналогичен водозабору. Гидравлический расчёт заключается в расчёте конструкции входной части, трубопровода и выходной части.
Исходные данные:
1. Расчётный расход
2. Продольный уклон i=0,0003
3. Коэффициент шероховатости русла канала n=0,0275
4. Коэффициент заложения откосов канала m=2,0
5. Допускаемая скорость на размыв
Гидравлический расчёт канала выполняем по методу Агроскина. Определяем функцию:
По таблице приложения II :
=0,69 м
Принимаем глубину наполнения канала h=1,1 м.
По и m=2,0 по таблице приложения II :
Отсюда находим b=3,09*0,69=2,1 м
Проверяем устойчивость русла канала на размыв, для чего определяем фактическую среднюю скорость в канале:
Так как фактическая скорость не превышает допускаемую, то размыва русла канала не происходит.
5.2 Гидравлический расчёт водоспуска
Исходные данные:
1. Расчётный расход: Qопор=2,3 м3/с
2. Расчётный напор:
3. Материал труб: железобетон
4. Длина трубопровода:
Схема к гидравлическому расчёту водоспуска приведена в разделе 4.1 (Рис. 4.1)
Назначаем 2 нити труб водоспуска.
Определяем расчётный расход воды в трубопроводе:
Дальнейший расчёт проводим в табличной форме.
Таблица 5.1 К гидравлическому расчёту водоспуска
|
Диаметр трубы, м |
Площадь сечения трубы, |
Коэффициент расхода |
Расход воды |
|
|
0,5 |
0,196 |
0,611 |
0,839 |
|
|
0,6 |
0,283 |
0,654 |
1,296 |
В соответствии с расчётами таблицы принимаем d=0,6 м.
Заключение
В приведенном курсовом проекте мы запроектировали земляную плотину из песка мелкого с отметкой гребня плотины 153,00 м. Из водопропускных сооружений предусмотрено и рассчитано устройство водозабора на полезный расход 1,8 м3/с, проходящий через две нити трубы диаметром 0,8 м. Запроектирован и рассчитан водоспуск на расход опорожнения водохранилища 2,3 м3/с, проходящий через две трубы диаметром 0,6 м. Предусмотрено водосбросное сооружение в виде шахтного водосброса на максимальный сбросной расход 7,0 м3/с, а также отводящий канал с перепадами для гашения кинетической энергии потока.
Тело плотины проверено фильтрационным расчётом, откосы тела плотины проверены на устойчивость статическим расчётом, водобойное сооружение водосброса проверено статическим расчётом на всплытие.
Литература
1.Волков И.М. Проектирование гидротехнических сооружений.- М., «Колос», 1977.-384с.
2.Ларьков В.М. Водопропускные сооружения низконапорных гидроузлов (с глухими плотинами): Учебное пособие.- Минск, «Ураджай», 1990. - 351с.
3.СНиП 2.06.05-84, М., 1985
4.Железняков Г.В и др.. Гидротехнические сооружения. - М., Стройиздат, 1983. - 543с.
5.Н.Н. Кременецкий, Д.В. Штеренлихт. Гидравлика. - М., Энергия, 1973.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Расчетное обоснование проекта подпорного гидроузла, состоящего из грунтовой плотины и паводкового водосброса. Компоновка сооружений гидроузла; конструирование поперечного профиля и элементов плотины. Гидравлические расчёты водосбросного сооружения.
курсовая работа [86,8 K], добавлен 11.06.2012Конструирование гидроузла: выбор створа и описание компоновки сооружений. Проектирование плотины из грунтовых материалов, водосбора, водовыпуска. Оценка общей фильтрационной прочности тела и основания плотины. Расчёт пропуска строительных расходов.
курсовая работа [6,9 M], добавлен 01.02.2011Район строительства и назначение гидроузла, его состав и рациональная схема компоновки сооружений. Тип и конструкция грунтовой плотины, фильтрационные и гидравлические расчеты, расчет устойчивости откоса. Компоновка сооружений водозабора и водосброса.
курсовая работа [306,1 K], добавлен 07.06.2009Выбор принципиальной схемы плотины. Определение максимальных расходов воды, ширины водосливного фронта плотины. Проектирование профиля водосливной плотины. Определение гидростатического давления воды. Расчет водобойных сооружений, башенные водосбросы.
дипломная работа [776,0 K], добавлен 26.12.2012Конструирование поперечного профиля плотины. Противофильтрационные устройства. Расчет однородной плотины с дренажным банкетом на водонепроницаемом основании. Расчет устойчивости откосов. Проектирование водовыпуска для пропуска воды в оросительный канал.
курсовая работа [322,6 K], добавлен 02.04.2014Конструирование поперечного профиля и элементов плотины: гребня, берм, дренажа, противофильтрационных устройств. Расчет устойчивости откосов, экрана, защитного слоя. Гидравлический расчёт водосбросного сооружения. Схема пропуска строительных расходов.
курсовая работа [502,5 K], добавлен 05.01.2013Характеристика района строительства водосливной плотины, сущность ее гидравлических расчетов. Выбор удельного расхода на рисберме и определение сопряжения бьефов при маневрировании затворами. Фильтрационные расчеты и конструирование подземного контура.
курсовая работа [304,2 K], добавлен 29.07.2012Определение класса капитальности сооружения и основных размеров глухой плотины. Гидравлический расчет водосливной плотины, сопряжения бьефов, основных размеров элементов подземного контура. Определение параметров гидравлического прыжка за плотиной.
курсовая работа [151,7 K], добавлен 01.11.2012Гидрологические и водохозяйственные расчеты в строительстве рыбоводных хозяйств. Виды гидротехнических сооружений и их устройства. Основные элементы земляной плотины. Проектирование сбросных каналов. Трассирование магистрального канала, заложение откосов.
презентация [9,0 M], добавлен 19.09.2016Выбор местоположения дамбы обвалования, конструкция гребня, проверка устойчивости откосов. Расчет фильтрации через однородную грунтовую дамбу с ядром и наслонным дренажом. Расчет устойчивости низового откоса. Построение эпюры волнового противодавления.
курсовая работа [410,9 K], добавлен 16.12.2011Природно-климатические условия района строительства. Расчет паводковых расходов. Назначение отверстия моста. Расчёт регуляционных сооружений. Определение минимальной отметки насыпей. Судоходный горизонт, проектирование продольного профиля перехода.
курсовая работа [644,5 K], добавлен 16.12.2012- Проект производства работ на строительство противоэрозионного гидроузла на р. Бызовка Омской области
Природно-климатические и почвенно-мелиоративные условия района строительства. Техническая характеристика инженерных сооружений гидроузла водохранилища. Объёмы основных строительных работ и расход строительных материалов. Организация карьерного хозяйства.
дипломная работа [1,3 M], добавлен 06.01.2012 Расчет и конструирование ограждающей конструкции. Геометрические размеры и определение нагрузок на раму, ее статический расчет, подбор сечения и проверка напряжений, оценка устойчивости плоской формы. Конструкции и расчет опорного и конькового узлов.
курсовая работа [951,4 K], добавлен 11.12.2011Административное и хозяйственное значение Орловской области. Расчет перспективной интенсивности движения. Проектирование поперечного профиля земляного полотна. Определение объемов земляных работ и проектирование малых водопропускных сооружений.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 13.04.2012Расчет железных дорог в области устройства и проектирования рельсовой колеи. Проектирование поперечного профиля земляного полотна. Расчет пути в кривых участках, обыкновенного стрелочного перехода. Тип верхнего строения пути, условия его эксплуатации.
курсовая работа [685,7 K], добавлен 07.01.2015Статический расчет рамы, ее компоновка. Сбор нагрузок на раму. Расчет, конструирование колонны по оси Б. Проектирование фундамента под колонну по оси Б. Сведения о материале, расчет арматуры фундамента. Расчет подколонника, конструирование фундамента.
курсовая работа [443,9 K], добавлен 21.10.2008Компоновка стального каркаса. Расчет настила и прогонов. Сбор нагрузок: сборных, снеговых, ветровых, от мостовых кранов (вертикального давления и поперечного торможения). Статический расчет поперечной рамы. Порядок подбора сечений элементов фермы.
курсовая работа [430,7 K], добавлен 25.06.2014Рельеф и природно-климатические условия Западно-Казахстанской области. Расчёт технических норм автомобильной дороги. Проектирование плана трассы, продольного и поперечного профиля автомобильной дороги, отгона виража. Расчет объемов насыпей и выемок.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 16.06.2015Расчет панели типа "2Т": сбор нагрузки и определение расчетного пролета, компоновка поперечного сечения. Проектирование неразрезного железобетонного ригеля. Определение усилий колонны, расчет прочности, конструирование арматуры; фундамент и перекрытия.
курсовая работа [825,6 K], добавлен 25.04.2014Природно-климатические условия Кишинева. Разработка проектных решений по городской улице. Рекомендации по элементам и параметрам улицы. Компоновка поперечного профиля. Размещение инженерных сетей в пределах дороги. Проектирование дождевой канализации.
курсовая работа [325,6 K], добавлен 17.02.2014
