Проектирование плотины из грунтовых материалов и паводкового башенного водосброса

Размещено на http://www.allbest.ru

Содержание

Введение

1. Компоновка сооружений гидроузла

2. Плотина из грунтовых материалов

2.1 Конструирование поперечного профиля и элементов плотины

2.2 Фильтрационные расчеты

2.3 Расчет устойчивости откосов

3. Водосбросное сооружение

3.1 Определение размеров водосбросного сооружения

3.2 Многоступенчаты перепад

3.3 Гидравлические расчеты

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Настоящим проектом предусматривается проектирование плотины из грунтовых материалов и паводкового башенного водосброса.

Исходные данные для проектирования гидротехнических сооружений приведены в задании.

В соответствии с топографическим планом строительной площадки выбирается створ плотины и ось водосбросного сооружения.

Осуществляется выбор типа и конструкции плотины на основании технико-экономического сопоставления различных вариантов.

Производится конструирование поперечного профиля и элементов плотины. Определяются отметка гребня плотины и его ширина. Назначаются заложения и очертания откосов плотины.

Выбираются виды крепления откосов, противофильтрационные устройства, дренажные устройства, сопряжение тела плотины с основанием и бетонными сооружениями. гидроузел плотина гидравлический

Выполняются фильтрационные расчеты для определения положения депрессионной кривой, установления градиентов и скоростей фильтрационного потока и определения фильтрационного расхода.

Для подтверждения величины заложения откосов производятся расчеты их устойчивости. Данным проектом предусмотрен расчет устойчивости низового откоса.

На основании гидравлических расчетов производится проектирование многоступенчатого перепада при паводковом расходе 129 м³/с.

1. Компоновка сооружений гидроузла

В курсовом проекте разрабатывается плотина из грунтовых материалов с экраном и пануром. И многоступенчатым перепадом.

На участке долины реки, указанном на плане масштаба 1:5000, выбирается створ плотины и ось водосбросного сооружения с учетом топографических, инженерно-геологических условий, а также требований охраны окружающей среды. Так как инженерно-геологические условия в пределах всей площади исследований считаются равными (по условию задачи поверхность долины сложена средне зернистым песком), выбирается вариант створа плотины в наиболее узкой части долины реки как наиболее экономичного. Вариант водосбросного тракта при небольших паводковых расходах (121 м³/с) и узком створе долины - многоступенчатый перепад. Кроме того, такой вариант компоновки гидротехнических сооружений позволяет исключить возможность опасных размывов берегов и подмыва плотины при сбросе воды в нижний бьеф.

2. Плотина из грунтовых материалов

Плотины, возводимые из грунтов, как строительного материала, называются грунтовыми.

Земляные насыпные плотины являются наиболее распространенным типом грунтовых плотин для гидроузлов с низким и средним напором и имеют высоту не более 50 - 60 м. Их возводят из всех грунтов, за исключением тех, которые содержат водорастворимые включения и не полностью разложившиеся органические вещества более 8% массы.

Для строительства однородных плотин чаще всего используются супеси и суглинки, а также мелкозернистые и среднезернистые пески, обладающие достаточной водонепроницаемостью и фильтрационной прочностью.

Противофильтрационные элементы плотин устраиваются из маловодопроницаемых грунтов с коэффициентом фильтрации менее 10^-4 м/с.

Выбор типа и конструкции плотины решается на основании технико-экономического сопоставления различных вариантов исходя из топографических, инженерно-геологических, гидрологических, климатических условий, наличия грунтовых строительных материалов в близлежащих карьерах и максимального использования материалов из полезных выемок.

2.1 Конструирование поперечного профиля и элементов плотины

Гребень плотины используется для устройства автомобильной или железной дороги, размеры которых назначают исходя из требований соответствующих нормативной документации.

В данном проекте предусматривается устройство автомобильной дороги I I I категории. Ширина проезжей части 8,0 м, ширина обочины 2,0 м. При этом ширина гребня составляет 12,0 м.

В месте сопряжения земляной плотины с водосбросом гребень плотины уширяется с целью размещения на нем монтажной площадки и затворохранилища.

Для отвода поверхностных вод гребню придается двухсторонний поперечный уклон, а на обочинах устраиваются ливнестоки.

По краям гребня устраивается ограждение в виде надолб. Со стороны верхнего бьефа может устраиваться сплошной волнозащитный парапет.

Отметка гребня плотины назначается исходя из расчета необходимого возвышения его над уровнем воды в верхнем бьефе. При этом рассматривается два случая стояния уровня воды в верхнем бьефе:

1) нормальный подпорный уровень (НПУ)

2) форсированный подпорный уровень (ФПУ).

В данном курсовом проекте высота плотины рассчитывается только при НПУ.

Возвышение гребня плотины h_s в обоих случаях определяется по формуле

h_s=Дh_set+ h_run1%+a

а - запас возвышения гребня плотины, принимаемый для всех классов плотин не менее 0,5 м;

Дh_set - ветровой нагон воды в верхнем бьефе

Дh_set=[k_щV²_щL/g(d+Дh_set)]cos(б _щ)

б _щ - угол между продольной осью водоема и направлением ветра, град(13⁰);

V_щ - расчетная скорость ветра на высоте 10 м над поверхностью водоема, м/с;

V_щ=k_z*V_z

k_z =0,98- коэффициент приведения к высоте z, принимаемый при z=12 м

kz	1.1	1	0.9
Z	5	10	20

V_щ,z=7 м/с - скорость ветра, измеряемая на высоте z=12 м;

L - длина разгона волны, 8000 м;

d - глубина воды в ВБ при расчетном уровне, м. Определяется как разница отметок НПУ и дна реки:

d=201-187=14 м.

k_щ =2,1*10^-6

h_run1% - высота наката на откос волн обеспеченностью 1%, м. Рассчитывается по следующей зависимости:

h_run1%=k_rk_pk_spk_run h_1%

k_r=1 и k_p=0,9 - коэффициенты шероховатости и проницаемости откоса, принимаемые в зависимости от конструкции крепления откоса (железобетонные плиты);

k_sp=1,1 - коэффициент, определяемый исходя из заложения верхового откоса 1:3 при определенной скорости ветра <20 м/с;

k_run=1,0 - коэффициент, определяемый по графику, в зависимости от пологости волны л/h_1%=17,7/1,46=12,12 на глубокой воде (при ctgц=4);

h_1% - высота волны 1%-ой обеспеченности, м

h_1% =hk_1%

k_1% - коэффициент, принимаемый по графику, в зависимости от отношений gL/V²_щ и gt/V_щ.

h - средняя высота волны, определяемая для глубоководной зоны, которая имеет место в ВБ земляных плотин.

Средняя высота волны определяется следующим образом. Вычисляется безразмерные величины gt/V_щ=14414 и gL/V²_щ=363, где t - непрерывная продолжительность действия ветра, с.

При отсутствии сведений применяется равной 21600 с. Затем по графику по верхней огибающей определяются величины gh/V²_щ и gT/V_щ, и по меньшим их значениям вычисляются средняя высота h и средний период T волны.

gh/V²_щ=0,032

gф/V_щ=2,25.

Определяем h=0,7 м и ф= 3,37 с.

Средняя длина волны определяется по формуле

л=gф²/2р=9.81*3.37^2/2*3.14=17.7 м

k_1%=2,09

h=0,7 м

h_1% =2,09*0,7=1,46 м

h_run1%=1*0,9*1,1*1,7*1,463=2.46 м

Дh_set=[(2,1*10^-6)* 14.7² *8000/{9,81(14+ Дh_set)}]cos(13⁰)

Дh_set=0,0538 м

h_s=0,0538+2.46+0,5=3 м

Из двух результатов расчета (при НПУ и ФПУ) выбирается более высокая отметка.

В настоящем курсовом проекте расчет проводим по НПУ.

Высота плотины равна:

Н_пл=d+ h_s=14+3=17 м

Абсолютная отметка гребня плотины равна: 187+17=204 м

Откосы плотины. Выбор заложения откосов плотины производится на основе опыта строительства и эксплуатации аналогичных сооружений с учетом физико-механических характеристик грунтов тела плотины и основания, действующих на откосы сил, высоты плотины, метода производства работ по возведению плотины и условий ее эксплуатации. Назначенные заложения откосов затем проверяются расчетами статической устойчивости и при необходимости корректируются. Ориентировочные значения заложения откосов земляных плотин из глинистых и песчаных грунтов при наличии в основании грунтов с прочностью, не меньшей, чем в теле плотины, берут из таблиц.

На откосах высокой и средней высоты плотин устанавливаются бермы. На верховом откосе бермы устраиваются в конце основного крепления, создавая ему необходимый упор и обеспечивая возможность его осмотра и ремонта, и в местах изменения заложения откоса. На низовом откосе бермы служат для сбора и отвода дождевых и талых потоков, предохраняя низовой откос от размыва, а также для обеспечения проезда в период строительства плотины. Расстояние между бермами по высоте плотины принимается равным 10 - 15 м.

Ширина бермы назначается не менее 3 м, если по ней предусматривается проезд, и не менее 1…2 м, если проезд не предусмотрен. На внутренней стороне бермы устраивается кювет, служащий для сбора и организованного отвода дождевых и талых вод.

m₁=2,5 - заложение верхового откоса

m₂=2,0 - заложение низового откоса

Крепления откосов. Откосы земляных плотин подвержены разрушающим воздействиям ветровых волн, течений воды, льда, атмосферных осадков и т.д. Для предотвращения их разрушения предусмотрены соответствующие виды креплений.

Наиболее распространенными видами креплений верховых откосов являются:

1. Каменная наброска из несортированного камня.

2. Железобетонные крепления из монолитных или сборных плит.

Проектом предусматриваются монолитные железобетонные плиты 15*15 которые используются для крепления откосов плотин на крупных водохранилищах при высоте волны 2 - 4 м. Швы между плитами закрытые с уплотнениями в виде резиновых диафрагм. Толщина плит 0,5 м.

Все виды креплений верховых откосов плотины укладываются на подготовку в виде обратного фильтра, материал, число слоев и толщина которого выбирается в зависимости от грунта откоса и наличия местных строительных материалов.

Крепление верхового откоса плотины подразделяется на основное и облегченное, располагаемое ниже основного крепления.

Верхней границей основного крепления является гребень плотины. Нижняя граница основного крепления принимается на отметке, заглубленной на величину Н_кр=2h_1%=2*1,46=2,92 м под УМО. Нижняя граница облегченного крепления принимается на отметке, где донные волновые скорости не превышают размывающих скоростей для грунта откоса плотины. Ориентировочно нижнюю границу облегченного крепления можно принять на отметке Н_кр под нижнюю границу основного крепления.

Часть низового откоса земляных плотин, подверженного воздействию льда и волн со стороны нижнего бьефа, крепится аналогично верховому. Остальная часть низового откоса защищается от разрушения атмосферными осадками посевом трав по слою растительного грунта толщиной 0,2 - 0,3 м.

Противофильтрационные устройства. Противофильтрационные устройства выполняются из материалов значительно менее водопроницаемых, чем материал тела плотины. Это либо слабоводопроницаемые грунты и их смеси, либо негрунтовые материалы.

В земляных плотинах чаще всего применяются грунтовые противофильтрационные устройства в виде экранов. При более глубоком залегании водоупора - экранов в сочетании с понуром и вертикальных ядер.

Настоящим проектом предусматривается противофильтрационное устройство в виде экрана и понура из суглинка и глины, толщина которого принимается переменной, увеличивающаяся сверху вниз.

Толщина экрана по верху - 3 м; по низу - 6 м; Толщина понура равна толщине экрана. Длина понура по верху -18 м. по низу -6 м. Более подробно на чертеже.

Отметка гребня экрана не должна быть ниже отметки ФПУ с учетом высоты наката и ветрового нагона уровня воды. Сверху гребень экрана покрывается защитным слоем песка толщиной не менее глубины промерзания в районе строительства плотины 1,2 м.

С верховой стороны экран покрывается защитным слоем. Заложение откосов экрана назначается из условия обеспечения устойчивости на сдвиг защитного слоя по экрану и экрана вместе с защитным слоем по грунту тела плотины.

Дренажные устройства. Дренажные устройства в теле земляной плотины предназначены для сбора и организованного отвода в нижний бьеф фильтрационного потока, недопущения его выхода на незащищенный низовой откос плотины и в зону, подверженную промерзанию, а также ускорения консолидации глинистых грунтов и уменьшения порового давления в теле плотины и основании.

Дренаж состоит из двух частей: приемной, которая выполняется в виде обратного фильтра, и отводящей, выполняемой из камня, дренажных труб, пористого бетона. По длине плотины могут устраиваться дренажи различной конструкции (дренажная призма, насланный дренаж, трубчатый дренаж).

В данном проекте применяется дренажная призма.

Дренажная призма устраивается на русловых участках плотины. Превышение гребня дренажей призмы над максимальным уровнем воды в нижнем бьефе определяется с запасом на волнение и равна 1,0 м. Высота призмы 4 м.

Ширина призмы поверху - 3 м. Для предотвращения выноса фильтрационным потоком мелких частиц грунта тела плотины и основанием выполняется в виде двух слоев обратного фильтра.

Сопряжение тела плотины с основанием, берегами и бетонными сооружениями. Для обеспечения надежного контакта тела плотины с основанием предусматриваются следующие мероприятия.

При нескальном основании удаляется верхний растительный слой грунта на глубину 0,5 м. Сопряжение экрана с основанием выполняется в виде зуба на глубину 3,0 м.

Сопряжение тела плотины с берегами осуществляется по наклонным плоскостям при планировке которых необходимо избегать резких переломов и нависающих участков.

Для обеспечения хорошего контакта грунта тела плотины с бетонными сооружениями их примыкающим поверхностям придается уклон в сторону земляной плотины не более чем 10:1. Для борьбы с контактной фильтрацией сопряжение бетонных сооружений с земляной плотиной осуществляется при помощи противофильтрационных диафрагм из бетона, железобетона или металлического шпунта, врезающихся в тело плотины. Диафрагма располагается в зоне противофильтрационных элементов.

2.2 Фильтрационные расчеты

Фильтрационные расчеты плотины выполняются для определения положения депрессионной кривой, установления градиентов и скоростей фильтрационного потока и определения фильтрационного расхода.

Для выполнения этого расчета плотина со всеми элементами вычерчивается на миллиметровой бумаге, тела плотины -К_ос=k_т=10^-5м/с и экрана - k_эк=10^-7 м/с, а также его местоположения. Расчеты выполняются для поперечного сечения плотины в русле. В качестве расчетных уровней воды принимаются: в верхнем бьефе - НПУ; в нижнем бьефе - максимально возможный уровень. Результаты фильтрационных расчетов в дальнейшем будут использоваться для проверки устойчивости откосов плотины.

В соответствии с принятым типом плотины, конструкцией противофильтрационных и дренажных устройств выбирается расчетная схема плотины и соответствующий ей метод фильтрационного расчета. Наиболее часто встречаются плотины следующих видов:

а) Однородные плотины на водонепроницаемом основании с дренажным банкетом

б) Плотины с экраном на маловодопроницаемом основании

в) Плотины с ядром на маловодопроницаемом основании

г) Плотина с экраном и понуром с дренажным банкетом на водопроницаемом основании.

В данном проекте предусматривается плотина с экраном и понуром с дренажным банкетом на водопроницаемом основании.

Для расчета плотины с экраном и понуром воспользуемся формулой:

Где:

Где

Для построения кривой депрессии воспользуемся формулой

В формулах:

Т=15 м.- высота залегания неукрепленного грунта

q-удельный расход;

H₁=14м-напор в ВБ

H₂=2,4м.-напор в НБ

К_э=10^-7- коэффициент фильтрация грунта (экрана и панура)

m₁- коэффицыент заложения откоса дренажной призмы

К_ос=10^-5- коэффициент фильтрация грунта (основания)

L₁-длина участка от начала координат кривой депрессии, до дренажной призмы. Снимается из графика, и равна L₁= 42,4 м.

Для построения кривой депрессии, зададимся шагом по y, и рассчитаем значение h_x для каждого шага по y. И занесем полученные значения в таблицу.

По полученным данным в масштабе на чертеже наносятся точки кривой депрессии.

hx	18,48	18,41	18,36	18,35	18,12	17,6	17,56	17,4
y	0	1	4	8	16	32	36	42,4

2.3 Расчет устойчивости низового откоса

Целью расчета является определение минимальных коэффициентов запаса устойчивости откосов плотины, для принятого поперечного профиля. Найденный минимальный коэффициент должен быть равным или большим (но не более чем на 10%) допустимого коэффициента запаса устойчивости, принимаемый по таблице

Сочетание нагрузок и воздействий	Значение (К) для плотин класса
	I	II	III	IV
Основное	1,25	1,2	1,15	1,10
Особое	1,1	1,1	1,05	1,05

Расчет устойчивости низового откоса плотины выполняется по методу круглоцилиндрических поверхностей скольжения для основного расчетного случая, соответствующего установившейся фильтрации в теле плотины, когда уровень воды в ВБ равен НПУ, а в нижнем бьефе - максимально возможному уровню, но не более 0,2 Н_пл.

На миллиметровой бумаге в масштабе вычерчивается поперечное сечение в русловой ее части, наносится кривая депрессии, а низовой откос с переменным заложением или при наличии на нем берм усредняется. Из середины этого откоса проводится вертикаль CD и линия CE под углом 85⁰ к откосу. Из точек “A” и “B” как из центров очерчиваются две дуги окружности с радиусом R₀, которые пересекаются в некоторой точке. Значение радиуса определяется как

R₀=(R_н+R_в)/2

Величины R_н и R_в определяются в долях высоты из таблицы

При заложении откосов равном 2,0

R_н=Н_пл*1,9=17*1,9=32,3 м

R_в= Н_пл*3,2=17*3,2=54,4 м

R₀=(R_н+R_в)/2=(32,3+54,4)/2=43,35 м

Проведя из середины откоса дугу радиусом r=ОС/2 до пересечения с линиями CD и CE, находится многоугольник OEDBA, в котором располагаются центры наиболее опасных поверхностей скольжения.

Расчетная кривая скольжения радиусом R должна пересекать гребень плотины и захватывать часть основания плотины, если в основании расположен нескальный грунт. В случае скального грунта основания кривая скольжения должна касаться его поверхности.

Выделенная призма обрушения разбивается на “n” отсеков шириной b=0,1R=0,1*43,35=4,335 м. Разбивку на отсеки начинают с нулевого, середина которого располагается на вертикали, проходящей через центр кривой скольжения.

K=[У(G_icos(б_i) - P_i)tgц_i+c_ib_i/cos(б_i)]/УG_isin(б_i)m/n_c

G_i - вес грунта и воды в пределах i-го отсека

P_i - равнодействующая давления воды по подошве i-го отсека

ц_i - угол внутреннего трения грунта i-го отсека

б_i - угол между вертикалью и линией, соединяющей центр кривой скольжения с серединой i-го отсека

с_i - удельное сцепление грунта i-го отсека по линии кривой скольжения

m - коэффициент условий работы (у нас равен 1)

n_c - коэффициент сочетания нагрузок, принимается для основного сочетания равным 1

b_i - ширина i-го отсека.

Вес откоса определяется как сумма весов отдельных слоев грунта в пределах отсека с учетом насыщения их водой (ниже кривой депрессии) и с учетом нагрузки столбом воды, если отсек расположен ниже уровня бьефа. Вес отсека определяется по формуле

G_i=(y'_iг_i+y''_iг^н_i+y'''_iг^н_ос)b_i

Если над отсеком расположена вода, то

G_i=(y''_iг^н_i+y'''_iг^н_ос+h_iг_w)b_i

y'_i - высота части отсека, от линии откоса по кривой депрессии, измеренная по его середине;

y''_i - высота части отсека, насыщенного водой (от подошвы плотины до кривой депрессии)

y'''_i - высота части отсека от кривой скольжения до подошвы плотины

h_i - высота столба воды над отсеком

г_i, г^н_i и г^н_ос - удельный вес грунта естественной влажности и грунта тела плотины и основания насыщенного водой

г_w - удельный вес воды.

Равнодействующая давления воды по подошве отсека определяется как сумма взвешивающего, фильтрационного и порового давления

P_i= P_вз + P_ф+ P_к

Поровое давление P_к необходимо учитывать при расчетах устойчивости откосов плотин высотой более 40 м, а также при расчетах плотин высотой менее 40 м в следующих случаях: при намыве грунта или отсыпке его в воду, при возведении плотин из маловодопроницаемого грунта, при наличии в основании плотины глинистых грунтов мягкопластичной, текучепластичной и текучей консистенции.

При расчете устойчивости низового откоса в условиях установившейся фильтрации равнодействующая давления воды будет состоять из фильтрационного и взвешивающего давления и определяется по формуле:

P_i= г_w(y''_i+y'''_i) b_i/cos(б_i)

При b=0,1R величина sin(б_i) равна порядковому номеру отсека, деленному на 10.

Расчеты по определению коэффициента запаса устойчивости вносятся в таблицу:

№ отсека	SINб	COSб	y'	y?	y'''	h	G	Pi	tg?	(Gcosбi-Pi) tg?	C	cbi/cosб	G sinб
9	0,9	0,44	0,2	0	0	0	13,87	0,00	3,61	21,85	3,00	11,01	12,48
8	0,8	0,60	5,2	0	0	0	360,51	0,00	3,61	781,86	3,00	22,15	288,41
7	0,7	0,71	8,8	0	0	0	610,10	0,00	0,31	135,20	3,00	18,61	427,07
6	0,6	0,80	10	0	0	0	693,30	0,00	0,31	172,11	3,00	16,61	415,98
5	0,5	0,87	10	0,8	0	0	172,16	40,15	-0,84	-91,60	3,00	15,35	86,08
4	0,4	0,92	8	2,4	0	0	172,17	113,80	7,75	340,97	3,00	14,50	68,87
3	0,3	0,95	6,4	2,4	1,6	0	178,44	182,23	7,75	-93,05	3,00	13,93	53,53
2	0,2	0,98	4,8	2	2,8	0	169,06	212,90	0,47	-22,39	3,00	13,56	33,81
1	0,1	0,99	2,8	2,4	3,2	0	153,41	244,59	0,47	-43,57	2,00	8,90	15,34
0	0	1,00	1	2,4	3,4	0	129,16	252,06	0,47	-58,23	2,00	8,86	0,00
-1	-0,1	0,99	0	0	3,2	0,8	70,47	139,77	-0,62	43,43	2,00	8,90	-7,05
-2	-0,2	0,98	0	0	2,6	2,4	74,43	115,32	-0,62	26,44	2,00	9,04	-14,89
-3	-0,3	0,95	0	0	1,6	2,4	54,86	72,89	-0,62	12,82	2,00	9,29	-16,46
-4	-0,4	0,92	0	0	0	2,4	23,54	0,00	-0,62	-13,45	2,00	9,67	-9,42
-5	-0,5	0,87	0	0	0	0,4	3,92	0,00	-0,62	-2,12	2,00	7,39	-1,96
	1210,25		187,78	1351,80

Найденный один из минимальных коэффициентов, больше ( но не более 10%) допустимого коэффициента запаса устойчивости К=1,0 что позволяет судить о надежности откосов плотины с заложением, равным 2:1.

3. Водосбросное сооружение

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

Береговые водосбросы применяются в составе гидроузлов низкого и среднего напоров с грунтовой плотиной при паводковых расходах, не превышающих 5000 м³/с.

При тех же условиях и небольших паводковых расходах (до 100 м³/с, иногда больше), а также узких створах применяют трубчатые башенные водосбросы. Первоначально они используются для пропуска строительных расходов, а в период эксплуатации служат также для смыва отложившихся наносов, и для опорожнения водохранилища.

3.1 Определение размеров водосбросного сооружения

Русловая водосливная плотина чаще всего представляет собой водослив практического профиля или с широким порогом. Гребень водослива может быть расположен на отметке НПУ.В этом случае вода сбрасывается в нижний бьеф при повышении уровня воды над НПУ. Такой водослив называется автоматическим. Если гребень водослива расположен ниже НПУ, необходимый уровень поддерживается затворами, устанавливаемыми на гребне. Такой водослив называется регулируемым. Для пропуска расходов здесь необходимо открывать затворы. Гидравлический расчет водосливной плотины состоит в определении размеров (ширины и высоты) водосливных отверстий и их количества. Формула пропускной способности поверхностного водослива имеет следующий вид:

где

у_п - коэффициент подтопления водослива;

е - коэффициент бокового сжатия;

m - коэффициент расхода водослива;

H₀ - напор на водосливе с учетом скорости подхода;

g - ускорение свободного падения;

B - ширина водосливного фронта.

Порядок расчета следующий.

В первом приближении принимают: у_п = 1,0; е = 1,0; коэффициент расхода для водослива с широким порогом m = 0.32. H=3 м.

Подставляя ориентировочные значения уп, е, m, и H, определяют величину B.

По найденной величине В, в соответствии со стандартными размерами отверстий и учитывая, что по условиям эксплуатации количество водосливных отверстий следует принимать не менее трех, назначают ширину водосливных отверстий b и их количество n.

Принимаем 4 отверстия по 5 метров.

После определения высоты (H), ширины (b) и количества водосливных отверстий производится проверка пропускной способности проектируемой плотины. Для этого уточняются значения H₀, m, е

Напор с учетом скорости подхода определяется по зависимости

Коэффициент подтопления у_п определяется по графику или по таблицам. Если непосредственно за плотиной устраивается сопрягающее сооружение (быстроток, перепад и т. д.), то водосливная плотина с широким порогом будет неподтоплена и коэффициент подтопления у_п = 1.

Коэффициент бокового сжатия рекомендуется определять по формуле:

где р - высота водослива;

б = 0,1 - при плавном очертании быков и устоев;

b - ширина водосливного отверстия;

d - толщина бычка.

Бык принимается разрезным.

Толщина неразрезного бычка

d = d ₀+2c=2*0,8+2*0,5+(0,5)=3,1м

где d₀ ? 0,8 м - толщина суженного пазами перешейка быка;

=0,5 м.

m-ширина паза рабочих затворов.

В случае разрезного быка толщина его, вычисленная увеличивается на 0,5-1,0м.

Коэффициент расхода для водосливов с широким порогом определяется по формуле:



Уточнив, таким образом, все перечисленные выше параметры,

производят проверку пропускной способности принятых размеров водосливных отверстий.

м³/с

Вывод:

Поскольку Q во втором случае больше Q (первого случая), значит, требуемый расход будет проходить, и увеличение размера пропускного сооружения не требуется.

3.2 Многоступенчатый перепад

Представляет собой ряд ступеней из одинаковых по размерам колодцев, образованных продольными (боковыми) и поперечными (водобойными) стенками. Он устраивается при значительных (более 0,25) уклонах местности по трассе водосброса.

Размеры колодцев и высота водобойных стенок определяются на основании гидравлического расчета из условия полного гашения энергии потока.



3.3 Гидравлические расчеты

Высота ступеней p обычно назначается одинаковой, не превышающей, как правило, 5-6 м. Длина ступеней - до 20 м. Глубина водобойного колодца при этом предварительно может быть принята dк = p/3. Тогда средняя высота ступеней p = P/n + dк, где P - разность отметок в начале и в конце перепада.

Зададимся значениями

P=5 м. L=20 м. Для последней ступени P=4 м. L=20 м По геодезической топосьёмке.

Расчет первой ступени многоступенчатого перепада.

Подбором определяем величину h₁=h'

При заданном расходе Q=155.5 м³/с. По формуле

H₀=3 м

ц=0.9 принимается по графикам в зависимости от высоты и конструктивных особенностей ступени

Из расчета h₁=0.486

Далее определяется вторая сопряженная глубина h''. По формуле:

Где

Где б=1-коэфициент подтопления

В=29,3м.-ширина перепада

Q=155.5 м³/с требуемы расход

Глубина воды над порогом водослива в начале следующей ступени (H₁) определяется из уравнения:

Где

m=0.36 - коэффициент расхода

Глубина водобойного колодца на ступени равна

Дальность полета струи равна

Где

Где

Длина прыжка определяется по формуле

Длина ступени перепада (водобойного колодца) равна

Расчет второй ступени перепада

Подбором определяем величину h₁=h'

При заданном расходе Q=155.5 м³/с. По формуле

H₀=2,11 м

ц=0.9 принимается по графикам в зависимости от высоты и конструктивных особенностей ступени

Из расчета h₁=0,515

Далее определяется вторая сопряженная глубина h''. По формуле:

Где

Где б=1-коэфициент подтопления

В=29,3м.-ширина перепада

Q=155.5 м³/с требуемы расход

Глубина воды над порогом водослива в начале следующей ступени (H₁)

определяется из уравнения:

Где

m=0.36 - коэффициент расхода

Глубина водобойного колодца на ступени равна

Дальность полета струи равна

Где

Где

Длина прыжка определяется по формуле

Длина ступени перепада (водобойного колодца) равна

Расчет третьей ступени перепада - водобойного колодца

Подбором определяем величину h₁=h'

При заданном расходе Q=155.5 м³/с. По формуле



H₀=2,1 м

ц=0.9 принимается по графикам в зависимости от высоты и конструктивных особенностей ступени

Из расчета h₁=0,565

Далее определяется вторая сопряженная глубина h''. По формуле:

Где

Где б=1-коэфициент подтопления

В=29,3м.-ширина перепада

Q=155.5 м³/с требуемы расход

Глубина водобойного колодца на ступени равна

Где

Дальность полета струи равна

Где

Где

Длина прыжка определяется по формуле

Длина ступени перепада (водобойного колодца) равна

По расчету видно, что длина ступеней в 20 м. велика. Будем применять длину ступени для первой ступени равную 19 м. Для второй ступени 18 м. Для третьей ступени 16 м. Высоты водобойных стенок в 1 м. А высота водобойного колодца будет равна 0.6 м.

Отводящий канал устраивается между сопрягающим сооружением и руслом реки. Канал выполняется в выемке таким образом, чтобы дно его сопрягалось с дном реки. Дно отводящего канала может быть горизонтальным или ему может придаваться уклон меньше критического. Гидравлический расчет канала производится по формулам равномерного движения воды. Если скорости потока в канале превышают допустимые по размыву, дно и откосы его укрепляются.

Заключение

Настоящим проектом предусматривается проектирование плотины из грунтовых материалов и паводкового башенного водосброса.

Исходные данные для проектирования гидротехнических сооружений приведены в задании.

В соответствии с топографическим планом строительной площадки выбирается створ плотины и ось водосбросного сооружения.

В соответствии с заданием и исходными данными на проектирование подпорного гидроузла в составе плотины из местных строительных материалов с паводковым водосбросом и на основании топоплана строительной площадки масштаба 1:5000 выбран створ плотины и ось водосбросного сооружения. Створ плотины расположен в наиболее узком участке долины реки. Произведено конструирование поперечного профиля и элементов плотины. Определена отметка гребня плотины и его ширина. Назначено заложение и очертание откосов плотины.

Выбраны устройства для крепления откосов, противофильтрационные и дренажные устройства, сопряжение тела плотины с основанием и бетонными сооружениями.

Произведены расчеты ширины гребня плотины, превышения гребня над УВБ, высоты плотины, заложения верхового и низового откоса плотины, противофильтрационного и дренажного устройства. Выполнены фильтрационные расчеты для определения положения депрессионной кривой, установления градиентов и скоростей фильтрационного потока и определения фильтрационного расхода. Для подтверждения величины заложения откосов производятся расчеты их устойчивости.

Выбран тип водосбросного сооружения - многоступенчатый перепад. Проведены гидравлические расчеты основного паводкового и поверочного расходов для многоступенчатого перепада.

По результатам проведенных расчетов на основании технико-экономического сопоставления различных вариантов осуществлен выбор конструктивных особенностей плотины и водосбросного сооружения.

Задание на проектирование гидротехнического узла в составе плотины из местных материалов с паводковым башенным водосбросом выполнено.

Список использованной литературы

1. Богославчик П.М., Круглов Г.Г. «Гидротехнические сооружения». Учебно-методическое пособие для студентов-заочников специальности Т.19.06 «Водоснабжение, водоотведение, очистка природных и сточных вод». Минск, 1999.

2. Богославчик П.М., Круглов Г.Г. «Подпорный гидроузел». Учебно-методическое пособие к проекту по дисциплине «Гидротехнические сооружения» для студентов специальности Т.19.06 «Водоснабжение, водоотведение, очистка природных и сточных вод». Минск, 2001.

3. «Гидротехнические сооружения» Под ред. Розанова Н.П. Москва. Агропромиздат, 1985.

4. Гольдин А.Л., Рассказов Л.Н. «Проектирование грунтовых плотин». Москва. Ассоциация строительных вузов, 2001.

Размещено на Allbest.ru

...