Проектирование противоэрозионного пруда

Размещено на http://www.allbest.ru/

Брянский государственный аграрный университет

Кафедра природообустройства и водопользования

Курсовая работа

по дисциплине: «Гидротехнические сооружения»

Проектирование противоэрозионного пруда

Выполнила

ст. Карлова О.В.

Гр. ЗЕ-471

Проверил

Кровопускова В.Н.

Брянск 2017



Содержание

Введение

1. Обоснование выбора створа и типа грунтовой плотины

1.1 Грунтовые плотины природоохранных водных объектов. Общие сведения. Область применения и условия работы

2. Конструирование поперечного профиля плотины

2.1 Определение ширины гребня плотины

2.2 Определение отметки гребня плотины

2.3 Назначение размеров и отметок берм

2.4 Крепление откосов

2.5 Дренажи грунтовых плотин

3. Фильтрационные расчёты

3.1 Расчёт фильтрации плотин

3.2 Проверка фильтрационной прочности грунтовой плотины

Заключение

Литература



Введение

Создание природоохранных водных объектов вызвано рядом разнообразных причин. Эти причины и обуславливают цели и задачи, которые выполняет то или иное природоохранное водное сооружение. Если рассматривать защиту окружающей среды не только как сохранение естественного состояния природы, но и как сохранение нормальных в экологическом отношении условий для человека в измененной им окружающей среде, то природоохранные водные объекты должны выполнять следующие функции:

защита территорий от затопления и подтопления, которые могут быть вызваны как естественными (высокий УГВ, паводки) так и искусственными (создание водохранилищ) причинами. В качестве основных средств инженерной защиты следует предусматривать обвалование, искусственное повышение поверхности территории, руслорегулирующие сооружения и сооружения по регулированию и отводу поверхностного стока, дренажные системы и отдельные дренажи и другие защитные сооружения.

противоэрозионная и противоселевая (комплекс противоэрозионных мероприятий должен обеспечить эффективное снегозадержание и регулирование поверхностного стока, увеличить запасы влаги и снизить смыв почвы, прекратить образование новых и рост существующих оврагов. повысить плодородие почв, противоселевая защита: комплекс охранно-ограничительных и инженерно-технических мероприятий, направленных на предотвращение возникновения и развития селевых процессов);

искусственное пополнение запасов подземных вод (увеличения производительности и обеспечения стабильной работы действующих и проектируемых водозаборов подземных вод, улучшения качества инфильтруемых и отбираемых подземных вод, создания сезонных запасов подземных вод, охраны окружающей среды (предотвращение недопускаемого понижения уровня грунтовых вод, приводящего к гибели растительности);

защита рыб при создании водохозяйственных систем.

Земельный фонд - основное национальное богатство страны. Единый земельный фонд подразделяется на 7 целевых категорий, закрепленных в земельном законодательстве (ст. 7 ЗК РФ)

Земли сельскохозяйственного назначения

Землями поселений. Основное целевое назначение этих земель - удовлетворение градостроительных потребностей населенных пунктов.

Земли промышленности, транспорта, связи, радиовещания, обороны, телевидения, информатики, космического обеспечения, энергетики и иного назначения Основное целевое назначение земли в этих сферах народного хозяйства - служить операционным базисом для размещения и функционирования промышленных и иных предприятий и объектов.

Землями лесного фонда. Лес, являясь ценным природным сырьем для промышленности, одновременно служит энергетическим источником, местом отдыха граждан, играет роль «легких» для населенных пунктов и т. п. и в связи с этим нуждается в установлении особого правового режима его использования.

Земли водного фонда. Основное целевое назначение этих земель - удовлетворение питьевых, бытовых, оздоровительных и других нужд населения, а также водохозяйственных, природоохранных, промышленных, энергетических, транспортных, рыбохозяйственных и иных потребностей.

Особо охраняемые территории. Они служат удовлетворению духовных, биологических, эстетических и иных потребностей граждан.

Землями запаса.

Однако земля, являющаяся основным средством производства в сельском хозяйстве, еще не всегда правильно используется, часто страдает от ветровой и водной эрозии. Водная эрозия вызывает смыв плодородного слоя почвы, рост оврагов и резкое снижение урожайности сельскохозяйственных культур на этих площадях.

Развитие водной эрозии тесно связано с рельефом местности. Особенно сильно подвержены эрозионным процессам пойменные земли, на которых ведется нерациональная хозяйственная деятельность. Продольная распашка склонов речной долины, вырубка прирусловой растительности, выпас домашнего скота в водоохраной зоне приводят к интенсивному эродированию как пойменных земель, так и речных берегов.

Агротехнические и лесомелиоративные мероприятия являются мощным средством предупреждения эрозии и борьбы с ней. Применение агротехнических мероприятий ограничено определенной крутизной склонов. Они используются главным образом на склонах до 4-5⁰.

В связи с этим для задержания поверхностного стока воды приходится пользоваться гидротехническими приемами борьбы с эрозией. Одним из действенных мероприятий по борьбе с эрозионными процессами является строительство противоэрозионных прудов.



1. Обоснование выбора створа и типа грунтовой плотины

грунтовой плотина водный эрозия

Створ плотины, как правило, располагают в наиболее узкой части водотока, обычно нормально к горизонталям, что обеспечивает минимальный объем работ. Топографические условия определяют длину и высоту плотины. Створ плотины целесообразно выбирать одновременно с трассировкой водосбросного тракта. При выборе створа учитывают и способ пропуска строительных расходов, наличие и возможность устройства дорожной сети, прокладку линий электропередачи.

В процессе изысканий намечают несколько створов. Створ будущей плотины из них выбирают с учетом перечисленных факторов и на основе результатов технико-экономического сравнения вариантов.

Для принятого створа делают продольный профиль с фиксацией отметок поверхности земли на пикетах и промежуточных точках. В створе выполняют бурение скважин для освещения инженерно-геологического строения основания плотины.

При проектировании плотин учитывают и форму речных долин, в которых наблюдаются два характерных участка. Русловой - где протекает вода в меженное время, и пойменный, затапливаемый в паводок. На горных участках рек и в руслах малых водотоков поперечное сечение обычно имеет очертание, близкое к треугольному, и здесь пойменных участков нет.

В данной работе тело плотины принимаем из суглинка. Основными расчётными уровнями водоёма являются форсированный подпорный (ФПУ), нормальный подпорный (НПУ) и мертвого объема (УМО).

1.1 Грунтовые плотины природоохранных водных объектов. Общие сведения. Область применения и условия работы

Плотины, возводимые из грунтов как строительного материала, называются грунтовыми. Грунтовые плотины - древнейшие гидротехнические сооружения, известные за много веков до нашей эры в Египте, Индии, Китае и Месопотамии. Широкое распространение грунтовых плотин объясняется следующими их достоинствами:

материал, для возведения плотин, как правило, местный, не требует предварительной обработки, затраты на добычу минимальны;

плотины из грунта можно применять в большинстве географических районов;

грунт, уложенный в тело плотины, не теряет своих свойств со временем;

грунтовые плотины можно возводить практически любой высоты, все процессы при их возведении высоко механизированы;

грунтовые плотины можно строить практически на любых основаниях, за исключением сильно разжиженных илистых грунтов, глубоких торфяников или пород, характеризующихся крайней неравномерностью механических свойств.

Наряду с достоинствами грунтовые плотины имеют недостатки:

- ограниченные возможности сброса максимальных расходов через гребень плотины;

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

возможность больших потерь воды на фильтрацию, если тело плотины выполнено из грунтов с повышенной водопроницаемостью;

трудность укладки насыпи при значительных и продолжительных минусовых температурах;

неравномерность осадок по поперечному профилю плотины.

Форма поперечного сечения грунтовой плотины - трапеция, большая сторона которой - подошва, меньшая - гребень.



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; 10 -- замок; 11 -- естественная поверхность грунта; 12 -- водопроницаемый грунт; 13 -- водоупор

Рисунок 1. Поперечный профиль земляной плотины

По способу производства работ грунтовые плотины подразделяются на плотины с отсыпкой насухо пионерным способом, с механическим уплотнением грунта, с отсыпкой грунта в воду, намывные, а также возводимые с помощью направленных взрывов.

По конструкции тела и противофильтрационных устройств в теле различают следующие виды грунтовых плотин:

из однородного и неоднородного грунта (рисунок 2а и 2б),

с экраном из грунтового и негрунтового материала (рисунок 2е и 2ж),

с ядром из грунтового материала (рисунок 2в и 2г),

с диафрагмой из негрунтового материала (рисунок 2д).



а)

б)

в)

г)

д)

е)

ж)

Рисунок 2. Принципиальные схемы основных противофильтрационных устройств в теле грунтовых плотин



По противофильтрационным мероприятиям в основании различают плотины с зубом и замком (рисунок 3а), со шпунтовой стенкой (3б), с комбинацией шпунтовой стенки с зубом (3в), с инъекционной завесой (доведенной до водоупора или висячей) (3г), с понуром (2е).

а)

б)

в)

г)

д)

Рисунок 3. Принципиальные схемы основных противофильтрационных устройств в основании грунтовых плотин

2. Конструирование поперечного профиля плотины

Один из основных вопросов проектирования плотины из грунтовых материалов -- определение устойчивого, и экономически выгодного ее профиля. Размеры поперечного профиля зависят от типа плотины, ее высоты, характеристик грунта тела плотины и ее основания, а также условий строительства и эксплуатации.

2.1 Определение ширины гребня плотины

Если гребень плотины делают из глинистых грунтов, то во избежание его пучения при морозах предусматривают защитный слой из песчаного или гравийного грунта (щебня). Толщину защитного слоя, включая толщину покрытия дороги, следует назначать не менее глубины сезонного промерзания в данном районе.

Откосы плотины должны быть устойчивыми во время ее строительства и эксплуатации при воздействии статических и динамических нагрузок, фильтрации, капиллярного давления, волн и др. Коэффициенты заложения откосов предварительно назначают по рекомендациям, а также опыту строительства и эксплуатации плотин-аналогов; затем их устойчивость проверяют специальным расчетом. Ориентировочные значения заложения откосов земляных насыпных плотин при прочности грунтов в основании не меньшей, чем в теле плотины, приведены в таблице 1.



Таблица 1. Коэффициенты заложения откосов земляных насыпных плотин

Типы плотин	Заложение откосов при высоте плотины, м
	до 5	от 5 до 10	от 10 до 15
	верхового	низового	верхового	низового	верхового	низового
Однородные без дренажа: - глинистые грунты - песчаные грунты	2,00 2,50	1,75 2,00	2,50 2,75	2,00 2,25	3,00 3,00	2,25 2,25
Однородные с дренажем: - глинистые грунты - песчаные грунты	2,00 2,50	1,50 1,75	2,50 2,75	1,75 2,00	3,00 3,00	2,00 2,00
Песчаные с суглинистым экраном без дренажа	2,25	2,00	2,50	2,25	3,00	2,50
Песчаные с суглинистым ядром без дренажа	3,00	2,00	3,00	2,00	3,25	2,50

Приведенные данные характеризуют средние по высоте заложения откосов. Реальные откосы, особенно у плотин значительной высоты, обычно имеют ломаное очертание с постепенным увеличением пологости к подошве, что позволяет запроектировать более экономичный профиль сооружения.

На высоких откосах при необходимости примерно через 10 м устраивают бермы, размеры которых определяются условиями производства работ, эксплуатационного проезда, сбора и отвода ливневых вод на низовом откосе. На верховом откосе берму можно располагать в конце крепления для создания необходимого упора. Ширину берм земляных плотин назначают в пределах 1 ...3 м, а для плотин из каменных материалов -- не менее 3 м. При необходимости проезда по берме ее ширину определяют по нормам проектирования дорог. Во всех случаях устройство берм не должно приводить к общему уположению откоса по сравнению с расчетным.

Определив примерную высоту плотины:



I= ФПУ+1,5=156,5 м

тогда Н=I-=14,5м. при такой высоте плотины мы можем проектировать тип плотины однородная без дренажа (таблица 1), следовательно находим заложение откоса. (=1:3; =1:2)

Гребень плотины конструируют из условий производства работ и эксплуатации плотины. Прежде всего, необходимо обеспечить проезд транспорта. Поэтому ширину гребня принимают в зависимости от категории дороги (таблица 2, но не менее 4,5 м (СНиП 2.06.05--84).

Таблица 2. Основные параметры поперечного профиля автомобильных дорог

Категория дороги	Ширина, м
	проезжей части (А)	обочин (Б)	земляного полотна
II	7,5	3,75	15
III	7,0	2,50	12
IV	6,0	2,00	10
V	4,5	1,75	8

Ширина гребня плотины 8 метров. Принимаем дорогу V класса ширина проезжей части 4,5 м(А), ширина обочины 1,75 м(Б)

2.2 Определение отметки гребня плотины

Расчет проводим при НПУ.

Высоту ветрового нагона определяют по зависимости

, (1)



где К_в - коэффициент, зависящий от скорости ветра, принимается по таблице 3;

W -- расчетная скорость ветра на высоте 10 м над уровнем воды, м/с;

D -- длина разгона ветровой волны, м;

g -- ускорение свободного падения, м/с²;

H -- условная расчетная глубина воды в водохранилище;

-- угол между продольной осью водоема и направлением господствующих ветров, град.

Таблица 3. Значения коэффициента К_в

W, м/с	20	30	40	50
Кв	2,1·10-6	3,0·10-6	3,9·10-6	4,8·10-6

Расчет по формуле (1) проводят по известным значениям W, D, Н и , первоначально полагая значение , стоящее в знаменателе, равным нулю ввиду его малости по сравнению с величиной Н.

Н=НПУ- =11,4

т.к. W=18м/с, то К_{в =}2,0·10^-6 (из табл. 3),

Высоту наката ветровой волны для j-й вероятности превышения расчетного шторма вычисляют по формуле

h_н = ·K_НП·K_c·K_НГ·K_Hj·K_в·h_1%, (2)

где h_1% - высота волны 1% обеспеченности;

и K_НП - коэффициенты, зависящие от типа и относительной шероховатости крепления откоса, их принимают по таблице 4;

К_с - коэффициент, зависящий от скорости ветра и коэффициента заложения откоса m₁, принимается по таблице 5;

К_НГ - коэффициент, зависящий от пологости волны, определяется по графикам;

K_Hi - коэффициент, учитывающий вероятность превышения по накату, j(%), определяется по таблице 6;

K_в - коэффициент, зависящий от угла подхода фронта волны к плотине, принимается по таблице 7.

Таблица 4. Значения коэффициентов и K_НП

Конструкция крепления откоса			KНП
Бетонные или железобетонные плиты	-	1,00	0,90
Гравийно-галечниковые, каменные или бетонные (железобетонные) блоки	? 0,002 0,005…0,010 0,02 0,05 0,10 ? 0,2	1,00 0,95 0,90 0,80 0,75 0,70	0,90 0,85 0,80 0,70 0,60 0,50

Таблица 5. Значения коэффициента К_с

Скорость ветра, м/с	Коэффициент заложения откоса
	0,4	0,4…2	3…5	5
?20	1,3	1,4	1,5	1,6
?10	1,1	1,1	1,1	1,2

а - при m₁?3; при m₁?3

Рисунок 4. Графики значений коэффициента К_НГ

Таблица 6. Значения коэффициента K_Hi

j, %	0,1	1	2	5	10	30	50
KHi	1,1	1,0	0,96	0,91	0,86	0,76	0,68

Таблица 7. Значения коэффициента K_в

в, град	0	10	20	30	40	50	60
Kв	1	0,98	0,96	0,92	0,87	0,82	0,75

Высоту волны 1%-ной вероятности превышения - определяют для каждого из двух расчетных случаев в такой последовательности:

1. Вычисляем безразмерные комплексы

gt/W и gD/W²,

где t -- продолжительность действия ветра, принимаемая при отсутствии фактических данных 6 ч=21 600 с.

,

2. По графику, представленному на рисунке 5 для каждого из найденных комплексов определяют значения относительных параметров и (для gt/W значения и определяют, используя шкалу gt/W, а для gD/W² значения и определяют используя шкалу gD/W²) (для gt/W =4,8; =0,10); (для gD/W² =1,09; =0,0095)

3. Из найденных двух пар значений параметров выбираем наименьшие и из них устанавливаем среднюю высоту волны и средний период волны .

=1,09,

следовательно, ,

=0,0095,

следовательно,

4. Вычисляем среднюю длину волны

, (3)

.

Рисунок 5. График для определения элементов волн в глубоководной зоне



5. Высоту волны 1%-ной вероятности превышения - определяют по формуле

, (4)

где -- коэффициент, устанавливаемый по графику на рисунке 6 при 1%-ной вероятности превышения в зависимости от значения безразмерного комплекса gD/W². =2,1

.

Рисунок 6. Графики значений коэффициента

Расчет высоты наката по формуле h_н = ·K_НП·K_c·K_НГ·K_Hj·K_в·h_1%, выполняют, предполагая, что перед плотиной имеется глубоководная зона (глубина воды ) и при . После вычисления по формуленеобходимо проверить правильность предположения. Если предположение не оправдывается, то К_НГ необходимо принимать для значений пологости волны, указанных на рисунке 4 в скобках.

.

,

; Н; Н

Итак, в качестве расчетной отметки гребня плотины принимают большую из отметок, округленную с шагом 0,5 м в большую сторону.

Определяем значение конструктивного запаса:

а = .

Принимаем конструктивный запас 0,5 м

(5)

Определяем расчётную отметку гребня плотины:

(6)

Расчетная высота плотины может быть определена следующим образом

Н_пл = Z_ГР - Z_дна, (7)

где Z_дна - минимальная отметка дна в створе плотины.

Расчет ведём при ФПУ

Высоту ветрового нагона определяют по зависимости, рассчитываем аналогично по формуле 1.

Н=ФПУ- =13м

т.к. W=20м/с, то К_{в =}2,1·10^-6 (из табл. 3)

Высоту наката ветровой волны для j-й вероятности превышения расчетного шторма вычисляют по формуле 2.

Высоту волны 1%-ной вероятности превышения определяют для каждого из двух расчетных случаев аналогично, как и при НПУ.

1. Вычисляем безразмерные комплексы

gt/W и gD/W²,

,

2. По графику, представленному на рисунке 5 для каждого из найденных комплексов определяют значения относительных параметров и (для gt/W значения и определяют, используя шкалу gt/W, а для gD/W² значения и определяют используя шкалу gD/W²) (для gt/W =3,8; =0,08); (для gD/W² =1,1; =0,010)

3. Из найденных двух пар значений параметров выбираем наименьшие и из них устанавливаем среднюю высоту волны и средний период волны .

=1,1,

следовательно, ,

=0,010,

следовательно, .

4. Вычисляем среднюю длину волны по формуле 3.

.

5. Высоту волны 1%-ной вероятности превышения - определяют по формуле 4.

Расчет высоты наката по формуле 2, выполняют, предполагая, что перед плотиной имеется глубоководная зона (глубина воды ) и при .

.

; Н; Н.

Итак, в качестве расчетной отметки гребня плотины принимают большую из отметок, округленную с шагом 0,5 м в большую сторону.

Определяем значение конструктивного запаса:

а = .



Принимаем конструктивный запас 0,5 м и по формуле 5 выполняем следующие расчеты:

Определяем расчётную отметку гребня плотины по формуле 6, меняя отметку НПУ на ФПУ:

Расчетная высота плотины вычисляем по формуле 7.

В дальнейших расчетах принимаем все параметры плотины при ФПУ, т.к. значения получилось больше, чем при НПУ.

Расчет ведём при УМО

Вычисляем безразмерные комплексы

gt/W и gD/W²,

По графику, представленному на рисунке 5 для каждого из найденных комплексов определяют значения относительных параметров и (для gt/W =4,75; =0,1); (для gD/W² =0,87; =0,001)

Из найденных двух пар значений параметров выбираем наименьшие и из них устанавливаем среднюю высоту волны и средний период волны .

=0,87,



следовательно, ,

=0,001,

следовательно,

Высоту волны 1%-ной вероятности превышения - определяют по формуле 4.

7.

2.3 Назначение размеров и отметок берм

На откосах плотины устраивают бермы, исходя из требований производства работ и эксплуатационных условий. На верховом откосе бермы устраивают для размещения упора крепления, для осмотра и ремонта откоса плотины, а также для проезда техники и транспорта при устройстве крепления откоса.

По высоте плотины бермы устраивают через 10-15 м. Расположение берм показано на рисунке 7.

Если по берме проезд не предусмотрен, то ее ширина - 1…2 м, если предусмотрен - 5 м.

Рисунок 7. Схема расположения берм и крепления откосов



На низовом откосе берма служит для проезда, предотвращения размыва откоса дождевыми и талыми водами, а также для размещения приборов по наблюдению за положением кривой депрессии в теле плотины. Ее обычно устраивают посередине откоса. Отметка бермы низового откоса, м может быть определена по формуле:

, (8)

Со стороны верхового откоса берму устраивают ниже уровня мертвого объема. Это позволяет сделать плотину шире по основанию и удлинить пути фильтрации. Положение бермы со стороны верхнего бьефа определяется уровнем мертвого объема

, (9)

где - высоту волны 1%-ной вероятности превышения при УМО.

2.4 Крепление откосов

Для защиты верхового откоса земляной плотины от разрушающего воздействия ветровых волн, льда, течения воды, атмосферных осадков и других факторов СНиП 2.06.05-84 рекомендует крепление следующих видов: каменное, бетонное и железобетонное, асфальтобетонное, биологическое.

При соответствующем обосновании допускают применение других облегченных конструкций крепления (торообразные, ящикообразные, грунтоцементные конструкции и др.), а также устройство уположенного верхового откоса с заданным сроком размыва, предусматривая эксплуатационные ремонты.

Крепление верхового откоса делится на основное и облегченное. Верхней границей основного крепления обычно служит гребень плотины. Нижнюю границу основного крепления принимают на глубине считая от наинизшего уровня воды в водохранилище (обычно УМО).

Наибольшее распространение из бетонных креплений получило монолитное покрытие. Крупные монолитные плиты применяют тогда, когда не ожидается значительных деформаций откоса плотины. В противном случае откос предпочтительнее покрывать плитами меньших размеров, сборными или сборно-монолитными. На выбор типа и размера плит также влияют сроки выполнения крепления и производственные возможности строительства.

Расчетную толщину плит определяют по формуле

, (10)

где - коэффициент, принимаемый для сборных плит-1,1;

=2,5 т/м³ - объемная масса плиты;

В - размер плиты или карты в направлении, нормальном к урезу воды, 8 м.

2.5 Дренажи грунтовых плотин

Дренажами называют устройства, предназначенные для приема и отвода воды, профильтровавшейся через тело или основание грунтовой плотины, и имеющие повышенную водопроницаемость по отношению к контактируемому с ним грунту. Дренаж состоит из двух частей: приемной и отводящей. Задачи дренажей - понижение отметок кривой депрессии и недопущение выхода фильтрационного потока на низовой откос. Их применяют для дренирования тела плотины и основания, а также для перехвата фильтрационного потока, обтекающего плечи плотины. Отсутствие дренажей в плотине должно быть обосновано.

От строительства дренажа отказываются в следующих случаях:

- при возведении плотин на водопроницаемом основании, в котором депрессионная поверхность без устройства дренажа оказывается достаточно удаленной от поверхности низового откоса и не попадает в зону промерзания;

- в низовой части плотин с экранами, ядрами и диафрагмами при условии обеспечения отвода профильтровавшейся воды;

- в плотинах, низовая часть которых выполнена из каменной наброски или из другого крупнообломочного материала (гравийного, галечникового и др.).

Местоположение дренажей и их типы устанавливают, исходя из условий устойчивости низового откоса. Приемную часть дренажа целесообразно приближать к оси плотины, но - больше объем работ по дренажу, больше градиенты напора и фильтрационные потери.

Нормальная работа дренажей обеспечивается, если приемная часть их расположена выше уровня воды в НБ. Начало дренажа располагают на таком расстоянии от подошвы плотины низового откоса, чтобы было обеспечено расстояние от кривой депрессии до плоскости низового откоса более глубины промерзания.



а - наслонный; б - дренажная призма (банкет); в - комбинированный (дренажная призма в сочетании с наслонным дренажем); д - плоский с вертикальным (наклонным) участком в приемной части; г-плоский (постель); е - ленточный; ж - комбинированный (дренажная призма в сочетании с ленточным дренажем) з - трубчатый горизонтальный; 1 - заглушки; 2, 3 - перфорированные и отводящие трубы.

Рисунок 8. Виды дренажей

Основными конструкциями дренажей грунтовых плотин являются наслонный, дренажная призма, плоский горизонтальный, ленточный, трубчатый горизонтальный и вертикальный, комбинированный.

Дренажная призма (дренажный банкет).

Выполняется на русловых участках плотины из каменной наброски при наличии на месте строительства достаточного количества камня. Этот вид дренажного устройства нашел широкое применение в грунтовых плотинах благодаря простоте конструкции; работе при любых переменных УВ в НБ; дренированию как тела плотины, так и части основания; использованию как перемычки при пропуске строительного расхода. Кроме основного своего назначения он является упором низового откоса плотины. Недостаток - относительно большой объем камня. С внутренней стороны дренажного банкета, примыкающей к телу плотины, и в основании его укладывается обратный фильтр из слоев песка, гравия или щебня. В плотинах из суглинистых грунтов обратный фильтр можно устраивать из одного слоя гравия или щебня. Общая толщина обратного фильтра из одного или двух слоев принимается 0,2…0,4 м. Верх дренажного банкета должен возвышаться над максимальным уровнем воды в нижнем бьефе на 0,5…1 м. Коэффициент внутреннего откоса дренажной призмы принимается 1-1,5, наружного - 1,5-2. На заложение внутреннего откоса также влияет расчетное положение депрессионной кривой, которая должна проходить на расстоянии не ближе максимальной глубины промерзания от низового откоса плотины. Ширина банкета поверху принимается по условиям производства работ, но не менее 1 м. Дренажный банкет можно устраивать без бермы. Тогда наружный откос дренажного банкета располагается заподлицо с низовым откосом плотины.

Наслонный дренаж.

Выполняется на участках плотины, перекрывающих затопленную пойму. Для его устройства требуется гораздо меньшее количество камня. Наслонный дренаж не понижает кривую депрессии, а только предохраняет низовой откос в месте выхода фильтрационного потока от возможных фильтрационных деформаций и представляет собой обратный фильтр, уложенный по низовому откосу. Превышение гребня наслонного дренажа над максимальным уровнем нижнего бьефа принимается как и для дренажного банкета, учитывая при этом высоту выклинивания фильтрационного потока на низовой откос и глубину промерзания.

Плоский горизонтальный дренаж.

Применим при отсутствии воды в нижнем бьефе. Выполняют из гравия или щебня с песком в виде постели, в которой грунты уложены по типу обратного фильтра, как со стороны основания плотины, так и ее тела. Толщина плоского дренажа бывает в среднем 0,5 м, ширина принимается 1/4...1/3 ширины плотины по низу. При кратковременном повышении уровня воды в приемной части дренажа предусматривают наклонный или вертикальный участок, соединенный с горизонтальным дренажем. Достоинство плоского горизонтального дренажа - простота выполнения, механизация укладки, хорошее дренирование основания.

Ленточный дренаж.

Является разновидностью плоского дренажа. Здесь вместо сплошной постели выполняют узкую ленту (приемная часть), а нормально к ней делают отводящую часть, также в виде узкой ленты.

Трубчатый горизонтальный дренаж.

Применяют обычно на тех участках плотины, где воды в нижнем бьефе нет или она появляется на короткое время (пойменные участки плотины). Приемную часть дренажа выполняют из перфорированных труб или труб с незаделанными стыками (гончарных, бетонных или асбестоцементных). Трубы укладывают параллельно низовому откосу, следуя за ее изгибами на расстоянии от его подошвы не больше 1/4...1/3 ширины плотины по основанию и не меньше глубины промерзания. При этом должен быть обеспечен односторонний уклон. Диаметр труб определяют расчетом исходя из условия обеспечения безнапорного движения воды в трубах, но не меньше 0,2 м. По периметру приемной части трубы укладывают обратные фильтры. Общая толщина слоев составляет 0,4-0,6 м. Из приемной части дренажа вода отводится неперфорированными трубами в кювет в нижнем бьефе. Кювет устраивают параллельно подошве плотины.

Комбинированный дренаж.

Может быть в виде дренажной призмы и наслонного дренажа, в виде плоского горизонтального дренажа в сочетании с наслонным дренажем и др.

Дренаж в виде дренажной призмы и наслонного дренажа устраивают, если максимальный уровень воды в нижнем бьефе поднимается выше верха дренажной призмы. В этом случае верх наслонного дренажа располагается выше максимального уровня воды на 0,5-1 м. Комбинированный плоский горизонтальный дренаж в сочетании с наслонным дренажем устраивают при недостаточном количестве камня на месте строительстве.



3. Фильтрационные расчёты

Применяют два основных аналитических метода - гидромеханический и гидравлический. Гидромеханический метод почти не имеет применения из-за своей сложности. Гидравлический метод основан на ряде упрощений, он прост, не требует сложных математических операций и имеет широкое распространение.

Экспериментальные методы наиболее точно воспроизводят картину движения фильтрационного потока в реальных условиях. Они обязательны при фильтрационных расчетах плотин I и II классов, а также других классов при соответствующем обосновании. Среди экспериментальных методов широкое распространение получил метод ЭГДА.

3.1 Расчёт фильтрации плотин

Широко применяют гидравлический метод эквивалентного профиля, в котором реальный поперечный профиль плотины заменяют на эквивалентный в фильтрационном отношении профиль плотины с вертикальным верховым откосом. Вертикальный откос располагают на расстоянии от вертикали, проходящей через точку пересечения уровня воды с откосом.

Расчет ведут при двух независимых предположениях. Вначале считают, что плотина водопроницаема, а основание водонепроницаемо, и для этой схемы определяют фильтрационный расход через тело плотины q_т и строят кривую депрессии. Затем, наоборот, считают плотину водонепроницаемой, а основание водопроницаемым, и определяют фильтрационный расход через основание плотины q_о.



, (11)

где Т - глубина водопроницаемого основания, Т = 5м (суглинок - 2м, песок - 3м);

В_пл - ширина плотины по основанию, м;

k_о - коэффициент фильтрации основания, м/сут.;

n - поправочный коэффициент, определяемый в зависимости от отношения по таблице 8.

Таблица 8. Значения поправочного коэффициента n

	20	5	4	3	2	1
N	1,15	1,18	1,23	1,30	1,44	1,87

Основание плотины водонепроницаемое. Принимаем отношение по таблице сопоставляем данные n=1,15

При наличии в основании плотины разнородных грунтов, коэффициент фильтрации основания определяется следующим образом:

, (12)

где и .

Где

Песчаные грунты 12,5

,

,

.

Высота выхода кривой депрессии на низовой откос над уровнем основания плотины в НБ равна:

, (13)

где Н₁ и Н₂ - глубина воды в верхнем и нижнем бьефах

;

L_р - ширина эквивалентного профиля плотины по основанию

, (14)

, (15)

, (16)

где - коэффициент, учитывающий крутизну верхового откоса. При m₁?2 в?0,4.

L=3,

Плотина с трубчатым дренажем на водонепроницаемом основании схематически показана на рисунке 9.



Рисунок 9. Расчетная схема плотины с трубчатым дренажем

Особенность данного случая состоит в том, что воды в нижнем бьефе нет. Фильтрационное уравнение при этом имеет вид:

, (17)

где .

где k_Т - коэффициент фильтрации тела плотины.

=0,00014

Кривую депрессии строят по уравнению:

, (18)

задаваясь «х» в диапазоне от х=ДL до х=L_p-m₂h₁ не менее шести раз.

X	4,79	11,69	18,59	25,49	32,39	39,29
Y	10,79	9,86	8,78	7,65	6,26	2,7



Расстояние от дренажа до низового откоса равна .

Ширину дренажа рассчитываем по формуле:

3.2 Проверка фильтрационной прочности грунтовой плотины

Фильтрационную прочность тела плотины и противофильтрационных устройств оценивают на основе соответствующих расчетов и экспериментальных исследований грунтов при действующих в сооружении градиентах напора. При этом учитывают напряженно-деформационное состояние плотины и ее основания, особенности конструкции плотины, а также методы ее возведения и условия эксплуатации. При выполнении расчета фильтрационной прочности напор, действующий на плотину, принимают равным его наибольшему значению.

Для того чтобы не допустить фильтрационные деформации, необходимо выполнить следующее условие:

, (19)

где -- действующий средний градиент напора в расчетной области фильтрации;

-- критический средний градиент напора;

К_н -- коэффициент надежности по ответственности сооружения, принимаемый в зависимости от класса сооружений (для сооружений IV класса К_н=1,10).

Действующий средний градиент напора в основании плотины равен:

, (20)

где n --поправочный коэффициент, определяемый по таблице 8.

Значение фактического градиента при выходе фильтрационного потока на низовой откос определяется по формуле:

x

В случае однородной плотины с дренажём или без действий средний градиент в теле плотины:

(21)



где - угол наклона депрессионной кривой.

;

Условия выполняются, следовательно, принят трубчатый дренаж.



Заключение

Запроектирована земляная плотина из суглинка высотой Н=14,6 метров, заложением откоса (), шириной по гребню 8 метров.

Плотина запроектирована однородная с трубчатым дренажём у основания 0,5 метров.



Литература

1. СНиП 2.06.15-85 «Инженерная защита территории от затопления и подтопления».

2. "Строительные нормы и правила, нормы проектирования платины из грунтовых материалов СНиП П 5373 Москва, Госстрой СССР".

3. Бабиков В.В Гидротехнические мелиорации лесных земель. - М. Лесн. пром-сеть, 1993.-224 с.

4. Курдов А.Г. Карты стока рек и временных водотоков. Воронеж: Издательство ВГУ, 1975.

5. Справочник агролесомелиоратора. - М.: Лесн. пром-сть, 1984. - 250 с.

Размещено на Allbest.ru

...