Проектирование и организация строительства дамбы обвалования

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего образования

“Уральский государственный горный университет”

Инженерно-экономический факультет

Кафедра проиродообустройства

Расчетно-графическая работа

По дисциплине: «ПРИРОДООХРАННЫЕ СООРУЖЕНИЯ»

Проектирование и организация строительства дамбы обвалования

Екатеринбург 2016



1. Проектирование и организация строительства дамбы обвалования

1.1 Исходные данные

Максимальный расчетный горизонт воды в водохранилище Hв, м	61,8
Отметка основания дамбы hо.д., м	57,5
Ширина дамбы по гребню b, м	7,0
Заданная плотность грунта в теле дамбы н., г/см3	1,61
Грунтовые условия: вид грунта	торфяной
Грунтовые условия: плотность грунта е, г/см3	1,45
Производительность скрепера , м3/ч	35
Производительность автосамосвала , м3/ч	90
Глубина пригодного грунта в карьере , м	7,0
Длина дамбы Lд, м	5200
Количество месяцев с продолжительной температурой в году	8

1.1.1 Защита территории от затопления

Городские территории, расположенные на берегах рек, морей, водохранилищ в других водоемов, достаточно часто подвергаются различным физико-геологическим процессам в результате воздействия воли и течения рек Наибольшую опасность, связанную иногда с человеческими жертвами, представляет затопление городской территории при повышении уровня воды в реках во время половодий и паводков. В зависимости от причин возникновения и продолжительности воздействия различают временное и постоянное затопления.

Временные затопления свойственны территориям, расположенным на берегах рек с неурегулированным режимом. Они происходят в результате повышения горизонта воды при таянии снегов и при обильных дождях и носят, как правило, сезонный характер.

Постоянное затопление территории происходит при крупных гидротехнических работах, связанных со строительством гидроэлектростанции и устройством водохранилищ, возведением плотин и решением ряда других народнохозяйственных задач. При создании водохранилищ наивысший уровень воды верхнего бьефа является постоянным и называется нормальным подпорным уровнем.

1.1.2 Методы защиты территории от затопления

Способы защиты затапливаемых городских территорий зависят от высоты расчетного горизонта высоких вод и площади территории, подверженной затоплению, особенностей использования данной территории, ценности защищаемого жилищного фонда и промышленных предприятий, инженерного городского хозяйства и природных особенностей территории.

В борьбе с затоплением используются различные методы, основные из них: затопление защитный дамба карьер

- сплошная подсыпка территории до незатопляемых отметок;

- обвалование защищаемой территории путем ограждения ее защитными дамбами, сокращение наибольших расходов реки в пределах городской территории, регулирование стока и расходов путем устройства водохранилищ выше города по течению реки, обводного русла и пр.;

- увеличение пропускной способности реки в пределах территории города для пропуска наибольших расходов при более низких горизонтах путем изменения поперечного профиля русла реки.

Применение перечисленных мероприятий обычно ограничивается территорией города или его части и участком реки в пределах городской черты.

Мероприятия по защите городских территорий от затопления можно выполнять как отдельно, так и в комплексе, причем во многих случаях целесообразно сочетание различных мероприятий. Тот или иной вариант защиты территории от затопления принимается на основе технико-экономического обоснования.

Сплошная подсыпка -- одно из основных мероприятий по защите городских территорий от затопления (рис. 1.1). Она ограничивается земляными работами и осуществляется вертикальной планировкой. Сплошная подсыпка, как правило, применяется на относительно небольших по площади территориях и при наличии резервов грунта.

Сплошная подсыпка экономически целесообразна, если средняя высота ее не превышает 1,5--2 м при сравнительно малой дальности перевозки необходимого объема грунта.

ГП

Рис. 1.1. Защита городской территории от затопления сплошной подсыпкой: ГМВ -- горизонт меженных вод; ГВВ -- горизонт высоких вод; ГП -- граница подсыпки

Обвалование затопляемых территорий более преимущественно по сравнению со сплошной подсыпкой благодаря значительно меньшим объемам земляных работ (рис. 1.2). Однако наличие дамб затрудняет организацию стока поверхностных вод, что вызывает необходимость в проведении специальных мер по обеспечению стока - создание насосных станций перекачки, регулирующих емкостей и т.д. Обвалование применяют на сравнительно значительных по площади территориях, а также на территориях с существующей капитальной застройкой и ее участках, ценных в архитектурно-историческом отношении.

Рис. 1.2. Обвалование затопляемых территорий: 1 -- дамба обвалований; 2 -- граница возможного затопления территории

Сокращение наибольших расходов реки достигается посредством регулирования стока и имеет большое значение, так как исключает необходимость мероприятий по непосредственной защите городской территории от затопления. Защита методом регулирования стока заключается в перераспределении расходов.

Увеличение пропускной способности русла реки для пропуска в пределах городской территории наибольших расходов воды при более низких горизонтах достигается путем его расчистки и углубления, а также расширения русла и увеличения продольного уклона дна (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Увеличение пропускной способности русла реки:

1 - существующее русло; 2 - новое русло; ГВВ (1) - горизонт высоких вод при существующем русле; ГВВ (2) - горизонт высоких вод при новом русле.



Выбор того или иного варианта защитных мероприятий производится на основе сравнения технико-экономических показателей, включающих и эффект, получаемый от тех или иных градостроительных решений.

1.1.3 Проектирование защитных мероприятий

При необходимости защиты территории от временного или постоянного затопления наиболее часто используют сплошную подсыпку затопляемых территорий и их обвалование.

Сплошная подсыпка осуществляется на основе специального проекта, в котором устанавливаются: граница и площадь затопления территории при расчетном уровне воды; граница и площадь подсыпаемой территории; высота насыпи по участкам; средняя высота подсыпки; объем земляных работ; резервы грунта; способы доставки грунта и уплотнения; расчет необходимого числа машин, механизмов, снарядов и пр.

Основа разработки проекта -- повышение существующих отметок рельефа до незатопляемого уровня с расчетной минимальной отметкой, устанавливаемой в зависимости от расчетного горизонта высоких вод и при необходимости учета волнового воздействия.

Обвалование территории. Для защиты территорий от затопления применяют две принципиально различные схемы обвалования: схему общего обвалования и схему обвалования по участкам.

Схема общего обвалования характеризуется устройством одной дамбы, полностью отгораживающей всю территорию от водохранилища. Эта схема применяется при отсутствии на защищаемой территории водотоков, а также при наличии небольших водотоков, когда есть целесообразность принудительно перекачать их сток через дамбу в водохранилище.

Схема обвалования по участкам применяется на территориях, пересекаемых большими оврагами или реками с большим расходом воды, перекачка которого нецелесообразна.

При проектировании защиты территории от затопления методом обвалования разрабатываются варианты трасс дамб. Оптимальный вариант выбирается на основании технико-экономического сравнения, а также учета распределения скоростей течения в реке и русловых процессов, находящихся в зависимости от степени сжатия русла при прохождении высоких вод. На основании выбранного варианта проектируется расположение дамб в плане. Трассы ограждающих дамб проектируются прямолинейно или по плавным кривым возможно большего радиуса. Расположение дамбы по отношению к берегу определяется устойчивостью I русла, условиями подмыва и размыва береговых склонов и уклоном территории. При положительных значениях перечисленных факторов дамбы обвалования могут располагаться относительно близко к берегу. Обычно дамбы имеют форму трапеции (рис. 1.4). Ее ширина поверху зависит от использования, однако она должна быть не менее 4,5 м, для обеспечения проезда обслуживающего транспорта при ремонте и в аварийных случаях. Дамба может использоваться для движения транспорта, входя в общую транспортно-планировочную структуру города, в частности, как скоростная дорога или общегородская магистраль. Нередко хорошо озелененная дамба служит местом отдыха городского населения. В этом случае ширина дамбы поверху устанавливается соответствующими расчетами. Решения по использованию дамбы для каких-либо целей должны приниматься на основе технико-экономического и градостроительного обоснования, поскольку увеличение ширины дамбы вызывает рост объемов земляных работ и удорожание строительства.



Рис. 1.4. Поперечный профиль дамбы обвалования: I --верховой (мокрый) откос с креплением; 2 -низовой (сухой) откос; 3 -придамбовый дренаж; а --.запас в высоте; в -ширина дамбы по верху; h -высота дамбы

При обваловании территорий оградительные дамбы работают в условиях, близких к земляным дамбам малого и среднего напора, поэтому их проектирование и строительство производится с соблюдением норм и технических условий на эти сооружения.

Крутизна откосов со стороны воды (верховой откос) в зависимости от типа крепления, как правило, принимается 1:2--1:4, со стороны берега (низовой откос) 1:1,5--1:2, но могут применяться и пологие откосы крутизной 1:20--1:50. На откосах возможно устройство берм шириной 1,5--2 м при высоте дамбы более 10 м. Основой определения размеров поперечного сечения дамбы являются условия устойчивости откосов, гребня и дамбы в целом при переработке берегов водоема, воздействии течения воды, волн и льда, а также условия ограничения фильтрации воды через тело дамбы.

Крутизна откосов сооружений характеризуется коэффициентами заложения откосов:

,

где L - длина горизонтальной проекции откоса, м;

Н - глубина выемки или высота насыпи, м;

Коэффициент заложения откосов дамб принимаем по таблице 1.1

Таблица 1.1

Грунты	Коэфф.	заложения откосов
	верхового	низового
Глинистые	1,5...2,5		1,5...2,5
Песчаные	2...3		1,5...3
Торфяные	2,5...3		2...2,5

м

м

Ширина дамбы по основанию:

,

где b - ширина дамбы по гребню (7м);

Верховой откос подвержен отрицательным факторам воздействия воды и льда и должен быть защищен от них посредством соответствующего укрепления. Низовой откос не подвергается таким воздействиям, поэтому может иметь укрепление простейшего типа, например, одерновку поверхности откоса. Типы крепления откосов дамб обвалования такие же, как и при сплошной подсыпке: одерновка, мощение камнем, облицовка бетонными плитами и др. В период подъема уровня ^ воды в теле дамбы создается фильтрационный поток. В связи с этим для уменьшения фильтрации в дамбе предусматриваются водонепроницаемые ядра: экраны и диафрагмы. Со стороны берега вдоль дамбы прокладывается горизонтальный дренаж.

Для выпуска воды из обвалованного пространства в водоем при спаде уровня в последнем устраиваются выпуски - водосбросные трубы и др. Эти водосбросные сооружения располагают в устьях водоотводных канав, коллекторов и других водотоков. Для перекачки ливневых вод из пределов обвалованных территорий устраивают обычные насосные станции ( рис. 1.5).

Рис. 1.5. План территории с мероприятиями инженерной защиты от затопления и подтопления: 1 - граница защищаемой территории, 2 - линия гидрогеологического разреза А - А, 3 - буровая скважина, 4 - дамба обвалования, 5 - нагорные каналы, 6 - береговой дренаж, 7 - насосная станция; относительные от метки: , - верхней и нижней границ городской территории; - уровня воды в водохранилище, - основания дамбы, водоупора.



1.1.4 Расчетные уровни воды и отметки территории

Для защиты территории от затопления необходимо знать горизонт воды, который вызывает затопление. Горизонт воды в реке не постоянен. Существуют низкий (меженный) и высокий горизонты, которые определяются за достаточно продолжительный промежуток времени. Поскольку эти значения в разные годы различны, то определяется обеспеченность какого-либо горизонта паводка, выражаемая в процентах и показывающая вероятность его появления.

За расчетный горизонт высоких вод принимается отметка наивысшего уровня воды обеспеченностью: 1 % (повторяемость 1 раз в 100 лет) -- для территорий, застроенных или подлежащих застройке жилыми и общественными зданиями, и 10 % (1 раз в 10 лет) - для территорий парков и плоскостных спортивных сооружений. Иногда, при особо ценной застройке допускается принимать обеспеченность 0,5 % (затопление 1 раз в 200 лет). Расчетные горизонты высоких вод и обеспеченность - исходные данные для определения отметок, необходимых для защиты городской территории от затопления.

При решении вопросов защиты территории от затопления важное значение имеет определение отметки гребня дамбы или верхней бровки откоса при сплошной подсыпке. Эти отметки необходимо принимать не менее чем на 0,5 м выше расчетного горизонта высоких вод необходимой обеспеченности в зависимости от функционального значения территории в необходимых случаях волнового воздействия.

На малых реках и небольших водоемах расчетная отметка гребня дамбы обвалования или верхней бровки откоса сплошной подсыпки ( м ) составит:

, (1.2)



где - расчетный горизонт высоких вод, м

а - запас, равный 0,5 м.

На крупных водоемах необходимо учитывать воздействие ветровых волн. В этом случае:

,

где - подъем горизонта воды под влиянием ветрового нагона (61,8 м);

- максимальная высота наката волны, (0,5 м);

а - запас, равный 0,5 м.

м

Высота дамбы:

м

Подъем горизонта волы (ветровой нагон) определяется по местным наблюдениям. При их отсутствии он принимается равным 0,5 м для малых по площади водоемов и 1 м - для больших. Высота наката волны колеблется в пределах 0,4-1 м. Расчетная схема учета воздействия ветровых волн приведена на рис. 1.6.

Н

Рис. 1.6. Расчетная схема учета воздействия ветровых волн

Приведенная формула применима при скорости ветра до 15 м/с и длине разгона волны до 30 км.

1.1.5 Укладка грунта в тело дамбы

Дамбы из местных фунтовых материалов возводят в основном насыпкой механизированным способом с помощью машин для земляных работ.

Для тела дамб пригодны практически любые грунты, кроме растительных, илистых и плывунных. Грунт, укладываемый в тело дамбы, должен быть уплотнен до заданной проектной плотности.

При насыпке дамб используют в основном грунт из карьеров, а также пригодный грунт из расположенных вблизи профильных выемок и зоны затопления. Для выявления потребного фунта составляют баланс грунтовых масс.

Необходимый объем грунта V_к (м³) уточняют по формуле:

где - профильный (геометрический) объем фунта, необходимый для строительства дамбы обвалования, м³

- заданная плотность грунта в теле дамбы, кг/м

- плотность грунта в естественном состоянии, кг/м³

- коэффициент, учитывающий потери грунта при транспортировке (1,02 - 1,025).

м³

Параметры карьера и объемы растительного слоя и вскрыши

Площадь F_к(м²), которую будут занимать карьер, приближенно будет равна ( без точного учета площади под откосами ):



F_к=, м²

Где Н_к- средняя толщина слоя пригодного грунта в карьере, м

F_к==98317,18 м²

F_к=В_к*2В_к=2В_к²

L_к=2 В_к

2В_к²=98317,18

В_к=v

В_к=221 м

L_к=221*2=442 м

Объем растительного слоя, снимаемого с поверхности карьера рассчитывается по формуле:

V_n=F_к*h_n, м ³

Где h_n- толщина растительного слоя , м

V_n=98317,18*0,20=19663,44 м ³

Объем непригодного грунта (вскрыши) для строительства дамбы определяется по формуле

V_b=F_к*h_в, м ³

Где h_в- толщина слоя вскрыши, м

V_b=98317,18*0,5=49158,59 м ³

Площадь основания дамбы:

м²

С поверхности карьера удаляют растительный или другой грунт, непригодный для укладки в защитную дамбу.

Объем растительного (почвенного) (м³) слоя, снимаемого с поверхности карьера рассчитывается по формуле:

,

где - толщина растительного (почвенного) слоя, (0,25м).

Грунтовые условия

Таблица 2

Вари ант	Грунт	Толщина растительного слоя	Толщина слоя вскрыши
		в карьере hn, м	в основании насыпи hn, м	в карьере hB, м	В основании насыпи hB, м
а	глинистый	0,10	0,15	0,3	0,2
б	песчаный	0,15	0,20	0,4	0,25
в	торфяной	0,20	0,25	0,5	0,30

м³

Объем непригодного грунта (вскрыши) Ve (м ) для строительства дамбы определяется как:

где - длина дамбы, м.

, м³

где - ширина дамбы по гребню (7,0 м);

- ширина дамбы по основанию;

- высота дамбы (5,8 м);

- длина дамбы (5200 м).

м³

При укладке грунта в тело дамбы выполняют 4 операции: отсыпка грунта на карты укладки транспортными средствами; разравнивание бульдозерами, доувлажнение до оптимальной влажности поливомоечными машинами и послойное уплотнение грунта катками.

Грунт доставляют на карты укладки автотранспортом и разгружают по всей площади карты в шахматном порядке. Отсыпанный грунт послойно разравнивается с уклоном в сторону верхнего бьефа. Для эффективного

использования уплотняющих машин сухие грунты доувлажняют, а переувлажненные грунты подсушивают при послойной укладке. Для увлажнения грунта используют поливочные машины, передвижные насосные станции и автоцистерны. Последней операцией по укладке грунта в тело дамбы является уплотнение грунта. Существуют различные способы уплотнения грунта. Наибольшее распространение получило механическое уплотнение грунта машинами статического действия - катками. Уплотнение грунта на дамбе производят проходами обычно вдоль сооружения с движением катка по кольцевой схеме.

Определяем количество скреперов:

N_cкр=, шт

Где Q_скр- производительность скрепера в год , м³/г;

Q_скр= Q_скр*t_см*n_см*Т_рд, м³/год

Q_скр - производительность скрепера за час , м³/ч;

t_см- продолжительность смены, ч;

n_см- количество смен, 2;

Т_рд- количество рабочих дней в году

Т_рд=кол-во рабочих дней в месяце * кол-во месяцев с положительной температурой

Т_рд=22*8=176 дней в году

Q_скр=35*8*2*176=98560 м³/год

N_cкр== 7 скреперов

Каждую операцию выполняют на выделенной площадке насыпи, которую называют картой укладки. Расчетную площадь одной карты укладки (f_к) определяют по формуле:

f_к=, м²

где : V_t- объем грунта, поступающего на карту за сутки, м³/сутки

h_сл- принятая толщина слоя укладки грунта с учетом свойств грунта и параметров уплотняющей машины, 0,4 м.

V_t=Q_a*n_см*N, м³/сут

Где Q_a- сменная производительность одного скрепера, м³/смену;

N- инвентарный парк скреперов

Q_a=35*8=280 м³/сутки

V_t=280*2*7=3920 м³/сут

f_к= м²



Рис. 1. 7. Схема операций при укладке грунта в тело дамбы: а - навал грунта; б - послойное разравнивание; в - доувлажнепие; г - уплотнение

В нормальных условиях число карт должно соответствовать числу операций, то есть четырем. По мере выполнения операции исполнители последовательно перемещаются с карты на карту. Площадь насыпи по высоте непрерывно меняется из-за изменения длины и ширины. Желательно иметь карты шириной не менее двух радиусов поворота механизмов. Поэтому на разных отметках и участках насыпи карты будут расположены по-разному.

На нешироких протяженных насыпях и дамбах карты укладки размещают одну за другой.

Для организации непрерывной отсыпки грунта дамбу по высоте разделяют на ярусы (уровни) укладки ( обычно 3 - 4 ) ( рис.1, П 3)

1 ярус-0,25 Н_д = 5,8*0,25=1,45

2 ярус-0, 5 Н_д = 5,8*0,5=2,9

3 ярус -0,75 Н_д = 5,8*0,75=4,35

В таком случае ширина сечений плотины составит:

В_яр=b+(Н_д*m₁)+(Н_д*m₂)

В₁ = 7,0+(4,35*2,5)+(4,35*2) = 26,58 м

В₂ = 7,0+(2,9*2,5)+(2,9*2)=20,05 м

В₃ = 7,0+(1,45*2,5)+(1,45*2)=13,53 м

Площадь каждого сечения яруса рассчитывается по формуле:

F = В_яр*L_д, м²

где В_яр - ширина дамбы в каждом сечении, м;

L_д - длина каждого сечения, м;

F₁=26,58*5200=138190 м

F₁=20,05*5200=104260 м

F₁=13,53*5200=70330 м

Количество карт в каждом сечении рассчитывается по формуле:

n_К = , шт

Тогда количество карт:

в сечении 1: n_К = шт

в сечении 2: n_К = = шт

в сечении 3: n_К = = шт

Средняя толщина слоя отсыпки:

Расчет числа карт укладки на разных ярусах дамбы

Номер и отметка яруса	Размеры насыпи	Расчет-ное число карт n	Принятое число карт n	Фактическая площадь карты ?к, мІ	Средняя толщина слоя отсыпки Нср, м
	L, м	В, м	F, мІ
1 - 58,95		26,58	138190	14,1	14	9870,72	0,40
2 - 60,4		20,05	104260	10,63	11	9478,19	0,42
3 - 61,85		13,53	70330	7,17	7	10047,15	0,39



1.1.6 Планировка и крепление откосов земляных дамб

Вблизи поверхности откосов из-за выпирания грунт остается неуплотненным, образуя так называемую бахрому толщиной 0,2...0,5 м. При укладке грунта ширину крайних карт увеличивают на толщину бахромы. Для рационального использования грунта бахрому срезают с перемещением в тело насыпи различными способами. При этом одновременно осуществляется планировка откосов.

С крутых откосов (m?2) грунт срезают периодически по мере возведения насыпи на высоту 1...1,5 м, используя прицепные грейдеры, тракторные откосопланировщики. Пологие откосы планируют бульдозерами с перемещением грунта снизу вверх при m?2,0 или вдоль откоса при m?0,12.

После возведения насыпи низовые откосы обычно крепят посевом трав (залужением). Для этого откос должен быть покрыт слоем растительного грунта, который отсыпают сверху от гребня дамбы и при т>2 разравнивают бульдозером.

Таким же способом покрывают откосы и другими сыпучими материалами, а иногда и бетонной смесью. Для укладки на откосы готовых железобетонных плит и распределения бетонной смеси на крутых откосах используют подъемные краны, для которых при необходимости устраивают промежуточные временные бермы.

Длину откоса дамбы lom, (м) можно рассчитать по формуле:

(1.11)

где m - коэффициент заложения откоса насыпи;

h_н - высота насыпи, м.



1.1.7 Рекультивация площади карьеров

Она заключается в приведении территории в состояние, пригодное для использования. Для этого выполняют следующие операции: планировку поверхности дна карьера; разработку и доставку на дно карьера почвенного растительного слоя; разравнивание растительного слоя толщиной не менее 0,1 м. При необходимости проводят также уположение откосов карьера. Для выполнения всех этих операций используют те же механизмы, что и для подготовительных работ в карьере и основании дамбы (бульдозеры, скреперы, грейдеры).

Размещено на Allbest.ru

...