Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Київський національний університет будівництва і архітектури

Кафедра водопостачання та водовідведення

„Водозливна гребля з ґрунтових матеріалів не не скельній основі”

Виконав

Яценко Н.А.

Перевірив

Величко С.В.

Київ 2017



Вихідні дані

Глибина залягання водоупору Гв = 11 м

Тип ґрунту в основі Тг = 6 ( пісок дрібний щільний)

Ґрунт в тілі греблі Гт = 4 ( глинистий)

Розрахункова швидкість вітру V = 4 м/с

Довжина розгону вітрової хвилі D = 3 км

Кут між віссю водоймища і напрямком вітру б = 15?

Максимальна глибина води в нижньому б'єфі hр% =5,8 м

Розрахункова меженна глибина в нижньому б'єфі hm = 1,1 м

Глибина води в нижньому б'єфі при проходженні витрати 10 % забезпеченості h10% =3,4 м

Нормальний підпірний рівень води водосховища НПР = 634

Рівень мертвого об`єму водосховища РМО =622

Максимальна скидна витрата розрахункової забезпеченості Qр% = 580 м3/с

Перевірочна витрата розрахункової забезпеченості Qр1% = 755 м3/с

Витрата середньої межені Qm = 128 м3/с

Витрата 10% забезпеченості Q10% = 156 м3/с



1. Розміщення і вибір конструкції земляної греблі

1.1 Вибір створу греблі

У відповідності до СНиП 2.06.05-84 місце розташування основних споруд гідровузла - підпірних та водопропускних - вибирається на основі техніко-економічного порівняння варіантів і в залежності від топографічних і інженерно-технологічних умов будівництва, а також потреб охорони природного середовища.

За інших рівних умов, як правило, віддають перевагу створу греблі в найбільш вузькій частині долини річки, що складена скельними породами. При цьому варто враховувати:

а) необхідність розташування водопропускних споруд таким чином, щоб виключити можливість небезпечних розмивів берегів і підмивання греблі при скиданні води в нижній б'єф;

б) можливість пропускання води через створ греблі в період її будівництва , а також можливість прокладки по греблі і на підходах до неї доріг різного призначення як у період будівництва, так і її експлуатації;

в) доцільність включення у тіло греблі перемичок, необхідних для перекриття русла рік у період будівництва гідровузлу;

г) режим витрат та рівнів водотоку;

д) умови пропускання льоду, наносів, лісу, судів, риби й інші спеціальні вимоги, що висуваються до таких об'єкта.

У даному курсовому проекті розміщення створу греблі задано в завданні.

1.2 Вибір і обґрунтування типу греблі

Тип греблі варто вибирати в залежності від топографічних і інженерно-геологічних умов підвалини і берегів, гідрологічних і кліматичних умов району будівництва, величини напору води, наявності грунтових матеріалів, сейсмічності району, загальної схеми організації будівництва і виробництва робіт, особливостей пропускання будівельних витрат води, термінів запровадження в експлуатацію й умов експлуатації греблі. Тип і конструкцію греблі варто вибирати на підставі техніко-економічного порівняння варіантів, що враховують технологію будівельних робіт і загальне компонування гідровузла.

1.3 Призначення класу капітальності споруди

Таблиця 1. Класи наслідків залежно від технічних параметрів для гребель із ґрунтових матеріалів

Тип ґрунтів основи	Висота споруд, м, при класі наслідків (відповідальності)
	СС3	СС2	СС1
скельні	Більше 80	20…80	Менше 20
Піщані, великоуламкові і глинисті у твердому і напівтвердому стані	Більше 65	15…65	Менше 15
Глинисті водонасичені в пластичному стані	Більше 50	15…50	Менше 15

В залежності від технічних параметрів призначаємо клас наслідків - СС2



2. Проектування поперечного профілю греблі

2.1 Визначення відмітки гребеня греблі

Відмітку гребеню греблі (vГрГ) необхідно визначити із умов розміщення його над розрахунковим рівнем води.

Перевищення гребню греблі hs визначається для двох випадків стояння рівнів води у верхньому б'єфі:

1) при нормальному підпірному рівні НПР

2) при форсованому підпірному рівні ФПР

Відмітка ФПР може бути визначена тільки після розрахунків водоскиду. Для цього потрібно знати висоту шару форсування H0 . Цю висоту можна прийняти в залежності від максимальної скидної витрати Qmax.

vФПР= vНПР+ Нф

Так як максимальна скидна витрата Qmax= 580 м3/с, то Нф=1,8 тоді за формулою:

vФПР = 634+ 1,8= 635,8м

Перевищення гребня hs в обох випадках визначається за залежністю:

,

де - висота накату вітрових хвиль забезпеченістю 1%;

- вітровий нагін води у верхньому б'єфі;

- запас підвищення гребня греблі, м.

Перелічені вище параметри залежать від значень швидкості вітру

4%=4 м/с, 50%= 2,8 м/с і довжини розгону вітрової хвилі = 3000м.

Перший розрахунковий випадок:

Дано:vНПР = 634м; Vw4% = 4м/с; L1=3000м; t=21600c;

Визначаємо безрозмірні значення:

.

.

По кривій графіка знаходимо відповідні значення

Порівнюємо значення і вибираємо менше:

,

,

Середня довжина хвилі:

,

Висоту хвилі 1% забезпеченості знаходимо по графіку, значення k1% = 2,2, 

h1% = k1% = 2,20,098 = 0,215м.

Висота накату на укіс хвилі забезпеченістю 1% визначається за залежністю:

При цьому = 0,9; = 1.0. При максимальній швидкості вітру V = 4м/с і mh = 2.5, то ksp=0.9 Визначаємо пологість хвиль за відношенням З графіка при зазначенній пологості , знаходимо m=2.5, що =1,8;

За формулою визначаємо hrun1%:

hrun1%=10,90,91,80,215 = 0,313м.

Висота вітрового нагону води:

,

де =0,6610-6,

Для розрахунку в спрощеному варіанті, приймаємо, що кут =0, тоді напрямок вітру співпадає з віссю греблі.

,

Запас а приймаємо як більше із двох значень:



0,5м і 0,1 h1% = 0,10,215 = 0,0215м:

а =0,5м

Перевищення греблі по першому розрахунковому випадку:

=0.313 + 0,000156 + 0,50 = 0,813м

Відмітка vГрГ по першому розрахунковому випадку:

vГрГ = vНПР + = 634 + 0.813 = 634,813м.

Другий розрахунковий випадок:

Дано: vФПР = 635.8м; Vw50% = 2.8м/с; L=3000м;

t=21600c;

Визначаємо безрозмірні значення:

,

,

По кривій графіка знаходимо відповідні значення:

,

Порівнюємо значення і вибираємо менше:



,

,

Середня довжина хвилі:

Висоту хвилі 1% забезпеченості знаходимо по графіку значення k1% = 2,25, і потім за формулою h1% = k1% знаходимо:

h1% = 2,250,06= 0,135м

= 0,9; = 1.0(взято для кріплення укосу залізобетонними плитами).

Значення коефіцієнта ksp визначаємо за таблицею ksp= 0,9.

Знаходимо відношення З графіка знаходимо, що krun=1.8. За формулою визначаємо hrun1%:

hrun1%=10,90,91,80,135=0,313м.

За формулою визначаємо hset :

,

Запас а приймаємо рівним 0,5 м.

Визначаємо перевищення гребеня греблі по другому розрахунковому випадку:



= 0,197+ 0,00005 + 0,5 = 0,7м.

vГрГ = vФПР + = 635,8 + 0,7 = 636,5м.

Порівнюємо відмітки vГрГ1 і vГрГ2 і беремо більшу з них, тобто:

vГрГ = 636,5м.

hгр = d + hs = 21,8 + 0,7 = 22,5м.

2.2 Закладання укосів греблі

Коефіцієнт закладання укосів з урахуванням фізико-механічних характеристик грунтів греблі і її основи, висоти греблі, умов виконання робіт та експлуатації діючих сил і таке інше. Для попереднього визначення коефіцієнтів закладання укосів греблі я використав таблицю 2 метод.вказівок, в якій приведено коефіцієнти закладання укосів в залежності від прийнятої висоти греблі. Згідно з таблицею 2 для висоти греблі 22,5м закладання верхового укосу приймаємо m1 = mh = 2,5, низового - m2 = mt = 2,0.

2.3 Гребінь греблі

Ширина гребеню греблі визначається в залежності від умов виконання робіт і експлуатації. Приймаємо що гребінь греблі буде використовуватись для проїзду транспорту, ширина його вибирається в залежності від категорії дороги, яка буде проходити по гребню.

В курсовому проекті по гребеню греблі проектується дорога V категорії, основні розміри якої надані в таблиці 2.



Таблиця 2. Розміри елементів дороги

Елементи дороги	Розмір, м
Ширина проїзної частини	4,5
Ширина земляного полотна	8
Ширина обочини	1,75

Для забезпечення стоку атмосферних опадів гребінь греблі виконується двосхилим з поперечним похилом в обидві сторони від осі 0.02. Вздовж проїзної частини по обочинах з інтервалом 2 м встановлюються надовби висотою 1,0м.

Конструкція гребеня греблі знаходиться за залежністю:

вгр = вп.ч.+ 2вобк = 4,5 + 2*1,75 = 8,0м.

2.4 Дренажне обладнання

Дренажні обладнання греблі необхідно проектувати з метою:

а) організованого відведення води, що фільтрується через тіло греблі і основу, в нижній б'єф;

б) запобігання виходу фільтраційного потоку на низовій укіс і в зону, здатну промерзати;

в) економічно виправданого зниження депресійної кривої для підвищення стійкості низового укосу;

г) попередження виникнення фільтраційних деформацій.

Вибір типу і конструкції дренажу відбувається на основі техніко-економічного порівняння варіантів і в залежності від:

а) виду греблі та інженерно-геологічних умов в основі і в берегах;

б) характеристик і кількості матеріалів дренажу;

в) умов виробництва робіт;

г) кліматичних умов району будівництва;

д) умов експлуатації споруди.

В нашому курсовому проекті ми на русловій ділянці приймаємо дренажну призму(рис.1).

Дренажна призма - відсипка з каменю у вигляді трапеції, висота якої залежить від положення максимального рівня води нижнього б'єфу з урахуванням запасу на можливе хвилювання води hs, але не менше 0,5м. Глибина води нижнього б'єфу h=H2=5,80м. Ширина призми по верху bб= 2,0м. Приймаємо: hs =0,5м; mh= m1 = 1,30; mt= m2 = 1,50. Зі сторони греблі і основи дренаж обсипаємо зворотнім фільтром з товщиною шару 0,4м.

Рис.1 Схема дренажної призми



3. Розрахунок фільтрації через однорідну земляну греблю з дренажною призмою на водопроникній основі. (kгр<kос)

Рис.2. Схема до розрахунку фільтрації через однорідну греблю з дренажним банкетом

Розрахункові залежності :

.

де q - питома витрата, м2/добу;

kгр - коефіцієнт фільтрації ґрунту тіла греблі, м/добу;

Н1 і Н2 - глибини води в б'єфах, м;

LP - розрахункова довжина, що знаходиться за залежністю:

.

.

.

L - відстань від початку координат до точки перетину внутрішнього укосу дренажу, визначається графічно (рис. 3.1) або аналітично за відомими геометричними розмірами споруди;

,

m1 - коефіцієнт закладання внутрішнього укосу дренажної призми.

Задаючись значеннями x, розраховують ординати кривої депресії за формулою

,

де ,

Кількість точок при побудові кривої депресії повинна бути не менше 7.

,

,

,

,

,

,

Проводимо розрахунки у табличній формі

Таблиця 3.Розрахунок параметрів для побудови кривої депресії

x	0	10.5	21	31.5	42	47	50
hx	18.29	16.36	14.18	11.6	8.24	6.01	4.14



4. Розрахунок стійкості низового укосу греблі

4.1 Загальні положення

Розрахунок стійкості низового укосу земляної греблі варто робити за методом круглоциліндричних поверхонь. У цьому випадку передбачається, що в грунті тіла і підвалини греблі може утворитися небезпечна круглоциліндрична поверхня ковзання під дією сил ваги грунту укосу, у зв'язку з чим відбудеться сповзання грунту укосу і випучування підвалини. Сповзанню укосу буде опиратися сила тертя і зчеплення по поверхні завалення.

Перевірка стійкості укосу зводиться до визначення коефіцієнта стійкості, що дорівнює відношенню моменту утримуючих сил до моменту сил, що зрушують, і визначається за формулою

де	R	-	момент сил несучої спроможності;
	F	-	момент активних сил відносно осі поверхні зсуву;
	n	-	коефіцієнт відповідальності споруди;
	fc	-	коефіцієнт сполучення навантажень;
	c	-	коефіцієнт умов роботи.

Чисельне значення коефіцієнтів n , fc , c приведені в табл. 4, 5, 6.

Таблиця 4. Значення n

Клас споруди	I	II	III	IV
n	1,25	1,20	1,15	1,10



Таблиця 5. Значення fc

Сполучення навантажень	Основне	Особливе	Будівельного періоду
fc	1,00	0,90	0,95

Таблиця 6. Значення c

Методи розрахунку	Що _адовольняють умови рівноваги	Спрощені
c	1,00	0,95

При розрахунку стійкості укосу перевіряють декілька кривих ковзання, із яких вибирають найбільш небезпечну, що характеризується найменшим з отриманих для кожної кривої ковзання коефіцієнтом стійкості ks. Це значення найменшого коефіцієнта стійкості і порівнюється з допустимим.

Якщо мінімальний з отриманих коефіцієнтів стійкості низового укосу виявиться менше допустимого, то необхідно скорегувати поперечний переріз греблі з тим, щоб забезпечити стійкість низового укосу. Це досягається шляхом уположення низового укосу або зниження кривої депресії в тілі греблі.

Кожна круглоциліндрична крива ковзання характеризується положенням свого центру O і радіусом R. За даними В.В. Аристовского найменші коефіцієнти стійкості утворюються при розташуванні центрів кривих ковзання в межах багатокутника bb'Oe'eb , що будують таким чином.

Для побудови цієї найбільше небезпечної зони розташування центрів із середини низового укосу або осредненого укосу при наявності берм проводять вертикаль ac. Потім із тієї ж точки a під кутом 85 до укосу ( або усередненого укосу) проводять лінію ad. З точки A і B, як із центру проводять коло радіусами R1.

R1 = ( Rн + Rв ) / 2

Rн - нижнє значення радіуса поверхні ковзання, м;

Rв - верхнє значення радіуса поверхні ковзання, м

Rн=kн Hгр ;

Rв = kв Нгр,

Таблиця 7. Значення kн, kв

mt	1	2	3	4	5	6
kн	1,1	1,4	1,9	2,5	3,3	4,3
kв	2,2	2,5	3,2	4,7	5,8	6,7

Криві, проведені радіусом R1 перетинаються в точці О. З точки а, як із центру, проводимо дугу be радіусом R2=a/2. Багатокутник bb'Oe”eb є зоною центрів найбільше небезпечних поверхонь ковзання.

В.В. Аристовский установив, що звичайно центри найбільше небезпечних кривих ковзання розташовуються поблизу лінії bО. Цю лінію треба приймати як лінію пробних центрів. Задаючись на лінії пробних центрів декількома точками О1, О2, О3 і т.д. з котрих декількома радіусами проводимо криві ковзання. Для кожної кривої ковзання визначають коефіцієнт стійкості. Через точку з мінімальним коефіцієнтом запасу проводять нормаль до лінії bО на котрій також намічають ряд центрів і підраховують для відповідних їм поверхонь ковзання значення коефіцієнтів запасу. Мінімальне значення ks приймається за розрахункове.

У курсовому проекті розрахунок стійкості дозволяється робити для однієї кривої ковзання, де при виборі центру найбільше небезпечної поверхні ковзання варто керуватися слідуючим: при розрахунку укосів із незв'язних грунтів центр найбільше небезпечної поверхні ковзання розташовується звичайно поблизу від точки О, а при розрахунку укосів із грунтів, що володіють зчепленням, він віддалиться від неї. Найбільше небезпечна крива ковзання в укосах із пісчаного грунту на пісчаній підвалині проходить через підошву укосу (точку B), а якщо в підвалині залягає глинистий грунт, може захоплювати частину підвалини на глибину, що не перевищує Hгр, рахуючи від її поверхні.

В моєму випадку :

kн=1,529; Rн=34,4м;

kв=2,68; Rв =60,3м;

R1 =47,35; R2=19,17м.

4.2 Визначення діючих сил

З прийнятого центру ковзання проводять дугу радіусом R. Область обмежену кривою ковзання і зовнішнього обрису греблі (масив завалення) розбивають на вертикальні відсіки шириною b=0,1R (в загальному випадку можна приймати ширину відсіку довільною; при зменшенні ширини точність визначення діючих сил збільшується). Нульовий відсік розташовують симетрично до вертикалі, яка проходить через центр кривої ковзання. Нумерація відсіків, розташованих від нульового відсіку убік укосу, приймаються зі знаком плюс, а в напрямку від укосу - із знаком мінус. Відносно центру О складається рівняння моментів сил діючих на відсік.

У загальному випадку виділений відсік грунту знаходиться під дією власної ваги, бічного тиску сусідніх мас грунту і тиску фільтраційного потоку.

Власна вага відсіку:

де	1	-	питома вага грунту греблі природної вологості вище кривої депресії, т/м3;
	2	-	питома вага грунту греблі насиченого водою нижче кривої депресії, т/м3;
	3	-	питома вага грунту підвалини, насиченого водою т/м3 ;
	hn'	-	середня висота смуги грунту вище кривої депресії, м ;
	hn''	-	середня висота смуги грунту нижче кривої депресії, м ;
	hn'''	-	середня висота смуги грунту в підвалині греблі, м;
	b	-	ширина відсіку, м.

При наявності шару води над відсіком вище лінії укосу

де hn - середня глибина води над відсіком, м.

Якщо у відсіку є шари різного грунту, то його вага визначається з урахуванням питомої ваги кожного грунту. Сили бічного тиску грунту, що діють на вертикальних межах відсіку, взаємно врівноважуються.

Наближене значення тиску фільтраційного потоку, що діє на n-й відсік, визначають за формулою

Силу ваги Gn переносять на підошву відсіку і розкладають на складові:

Нормальну Nn= Gn cos n

Дотичну Tn = Gn . sin n .

Cила тертя, що виникає на підошві відсіку

Sn= (Nn- Wf )* tg і

де

і - кут внутрішнього тертя грунту. Сила зчеплення

Cn = ci . ln ,



де

ci - питома сила зчеплення ;

ln - довжина ділянки кривої ковзання

Крім зазначених сил на масив грунту діє тиск води з боку нижнього б'єфа

Для всього масиву відповідно до формули сили і моменти, що діють на окремі відсіки підсумовуються і коефіцієнт стійкості укосу може бути знайдений за формулою

Питому вагу грунту, що знаходиться нижче кривої депресії, визначають за формулою

2 = c +n* ,

питома вага грунту в сухому стані , т/м3;

шпаристість грунту.

Для скорочення розрахунків силу зчеплення

де - із постійним значенням питомого зчеплення

li = .R . i /180

де

I кут, утворений радіусами, проведеними з центру кривої ковзання до пересічення з межами її ділянок, що мають однакове значення питомого зчеплення.

Підрахунок величин, необхідних для визначення коефіцієнта стійкості укосу робимо у формі таблиці (табл. 8).

Перевіряємо виконання стійкості у нашому випадку .

Рис. 3. Схема до розрахунку стійкості низового укосу



Таблиця 8. Визначення коефіцієнта стійкості ks

№	sin n	сos n	Gn	Gn .sinn	Gn .cosn	Wf	tg i	(Gn .cosn- Wf). Tg i	ci	li'	ci . li'
8	0,8	0,6	510,4	408,3	306,2	0,00	0,53	162,3	6	8,7	52,2
7	0,7	0,71	885,2	619,6	628,5	157,2	0,53	249,8	3,5	25,59	89,56
6	0,6	0,8	900,9	540,5	720,7	351,0	0,53	195,9
5	0,5	0,87	889,1	444,6	773,5	447,3	0,53	172,9
4	0,4	0,92	851,4	340,6	783,3	492,6	0,53	154,1
3	0,3	0,95	832,8	249,8	791,2	487,3	0,41	124,6	3,5	34,84	209,04
2	0,2	0,98	867,6	173,5	850,2	398,0	0,29	131,1
1	0,1	0,99	875,9	87,6	867,1	302,3	0,29	564,8
0	0	1	894,5	0	894,5	167,8	0,29	210,7
-1	-0,1	0,99	374,9	-37,5	371,1	71,0	0,29	87,0
-2	-0,2	0,98	786,8	-157,4	771	0,00	0,29	223,6
-3	-0,3	0,95	600,0	-180	570	0,00	0,29	165,3
-4	-0,4	0,92	288,8	-115,5	265,7	0,00	0,29	77,0
?				2374,1				2519,1			350,8



5. Конструювання водозливної греблі

5.1 Визначення розмірів водозливних отворів

Розмір водозливного фронту визначається при пропуску максимальтної розрахункової витрати води при НПР і перевіряється на пропуск відповідної максимальної витрати води при ФПР.

Розрахунок починаємо з визначення питомої витрати води:

,

Напір на гребені водозливу при т = 0,5:

,

Відмітка водозливу: Hвод = НПР - Н = 634 - 6 = 628 м

Ширина водозливу:

Уточнюємо всі розрахунки:

,

де повний напір на водозливі: Н0 = Н = 6 м коефіціент витрати:

,

коеф. підтоплення: п=1 , оскільки hп/Н0=0,43 ? 1

коеф. повноти напору:

,

,

Оскільки ? , то необхідно збільшити ширину водозливу. Приймаю В = 24 м, тоді:

,

? - умова виконується

Перевірочна витрата

ФПР = 635,8

H = Н0 = 7,8 м

,

п = 1 - так як водозлив не підтоплений

,

,



,

? - умова виконується

5.2 Побудова профілю водозливу

При побудові профілю водозливної поверхні за основу приймаю найпростіший безвакуумний профіль з бв=90° (рис. 4). Основним елементом профілю є крива CD, яка будується за приведеними координатами Крігера - Офіцерова (табл. 10), які множать на значення профілюючого напору Нпрф.

Рис. 4. Профіль безвакуумної водозливної стінки Для гребель на нескельній основі при великих напорах радіус дуги:

R =(0.5…1.0)(Hпрф + Zmax)=0.75 * (6 + 14.2) = 15.15м

де Zmax - максимальна різниця рівнів верхнього і нижнього б'єфів (14,2м). земляний гребля водобійний плита

На гребені водозливу влаштовується горизонтальна ділянка довжиною 5 м, для розміщення на ньому робочих і ремонтних затворів.

Коефіціент витрати для безвакуумного водозливу криволінійного профілю приймаю т = 0,55

Таблиця 9.Приведені координати точки початку плоскої зливної грані безвакуумного водозливу та приведена довжина контуру водозливу від гребеня до початку водозливної грані

тНГ	хА/Нпрф	yА/Нпрф	LОГ/Нпрф
0.55	2.915	2.668	3.862

Таблиця 10. Координати контуру безвакуумного водозливу

x	y	xHпрф	yHпрф	x	y	xHпрф	yHпрф
0.0	0.126	0.0	0.756	1.6	0.764	9.6	4.584
0.1	0.036	0.6	0.216	1.7	0.873	10.2	5.238
0.2	0.007	1.2	0.042	1.8	0.987	10.8	5.922
0.3	0.000	1.8	0.0	1.9	1.108	11.4	6.648
0.4	0.006	2.4	0.036	2.0	1.235	12.0	7.410
0.5	0.027	3.0	0.162	2.1	1.0369	12.6	8.214
0.6	0.06	3.6	0.360	2.2	1.508	13.2	9.048
0.7	0.100	4.2	0.600	2.3	1.653	13.8	9.918
0.8	0.146	4.8	0.876	2.4	1.894	14.4	11.364
0.9	0.198	5.4	1.188	2.5	1.980	15.0	11.880
1.0	0.256	6.0	1.536	2.6	2.122	15.6	12.732
1.1	0.321	6.6	1.926	2.7	2.289	16.2	13.734
1.2	0.394	7.2	2.364	2.8	2.462	16.8	14.772
1.3	0.475	7.8	2.850	2.9	2.640	17.4	15.84
1.4	0.564	8.4	3.384	3.0	2.821	18.0	16.926
1.5	0.661	9.0	3.966	3.1	3.013	18.6	18.078

5.3 Спряження б'єфів

Розрахунок водобійної стінки

Різниця відміток води верхнього і нижнього б'єфів:

Z0=ВБ - НБ = 634 - 619,8 = 14,2 м.

Висота водозливу:



Ск = ГВ - дна = 628 - 614 = 14м.

Питома енергія потоку:

Т0 =ВБ - дна = 634 - 614 = 20 м.

Критична глибина:

, де = 1,1.

Відносна питома енергія потоку:

0 = Т0/hкр = 20/4,1 = 4,9.

Оскільки 2 < 0 < 10, то затоплюючу глибину на рисбермі, що забезпечує затоплення стрибка і на водобої, визначаємо:

,

Так як побутова глибина в нижньому б'єфі h = 5.8м < hрз = 7.0м, то для затоплення гідравлічного стрибка необхідно понизити відмітку водобою і рисберми:

h = hрз - h = 7.0 - 5.8 = 1.2 м.

Цьому заглибленню відповідає нова відмітка 612.8 м, глибина h = hрз =7,0м,

нова питома енергія



та 0 = Т0/hкр = 21,8/4,1 = 5,2.

Тоді висота водобійної стінки:

,

При `0 = 5.2 2 = h2/hкр =2,2 звідки h2 = hкр * 2 = 4.1 * 2.2 = 9 м.

По відомій 2 визначаємо 1 = h1/ hкр = 0.35 звідки h1 = 1 * hкр = 1,4 м.

Оскільки h < h2 то висоту стінки можна знайти методом підбору:

напір на водобійній стінці:

Нво = НВ + /(2g) = 6.66 + 2.52/(2*9.81) = 7.0 м,

НВ = hвз - с = 1,1 h2 - с = 1,1*9 - 3,24 =6,66 м;

v1 = qвод/(1.1 h2) = 25/(1.1*9) = 2.5 м/с;

глибина підтоплення водобійної стінки:

hп = h - с = 7 - 3,24 = 3,76 м.

коефіцієнт підтоплення п знаходимо по графіку( рис. 5.), в залежності від співвідношення hn/HВ0 = 3,76/7 = 0,54 п = 0,78

питома витрата:

Збільшуємо висоту стінки до 4 м, тоді напір на водобійній стінці:



Нво = НВ + /(2g) = 5,9 + 2.52/(2*9.81) = 6,2 м,

НВ = hвз - с = 1,1 h2 - с = 1,1*9 - 4,0 =5,9 м;

v1 = qвод/(1.1 h2) = 25/(1.1*9) = 2.5 м/с;

Рис. 5. Графік для визначення коефіцієнта підтоплення п в залежності від співвідношення hn/H0

глибина підтоплення водобійної стінки:

hп = h - с = 7 - 4,0 = 3,0 м.

коефіцієнт підтоплення п знаходимо по графіку( рис. 5.), в залежності від співвідношення hn/HВ0 = 3,0/6,2 = 0,48 п = 0,8

питома витрата:

Зменшуємо висоту стінки до 3,9 м, тоді напір на водобійній стінці:



Нво = НВ + /(2g) = 6,0 + 2.52/(2*9.81) = 6,32 м,

НВ = hвз - с = 1,1 h2 - с = 1,1*9 - 3,9 =6,0 м;

v1 = qвод/(1.1 h2) = 25/(1.1*9) = 2.5 м/с;

глибина підтоплення водобійної стінки:

hп = h - с = 7 - 3,9 = 3,1 м.

коефіцієнт підтоплення п знаходимо по графіку( рис. 5.), в залежності від співвідношення hn/HВ0 = 3,1/6,32 = 0,49 п = 0,79

питома витрата:

- приймаю висоту стінки с = 3,9 м.

Ширина гребеня суцільної водобійної стінки приймається: c = (0.1…0.2)h2 = 1м

Визначення розмірів кріплення дна НБ

Довжина ділянки падіння струменю:

l1 = hкр + 1,3Т0 = 4,1 + 1,3 * 10 = 17,1 м,

де Т0 = 1,1h2 + = 1,1 * 9 + = 10 м;

,

ділянка стрибка:

l2 = 5(h2p + h1p) = 5(6.36 + 2.05) =42 м,

де h2p = 7/1,1 = 6,36 м

2 = h2p/ hкр = 6,36/4,1 = 1,55

2 = h1p/ hкр = 0,5 h1p = 0,5*4,1 = 2,05 м.

довжина перехідної ділянки:

l3 = 0,5 l2 = 0,5*42 = 21 м.

спільна довжина жорсткої частини:

х = lс + l1 + l2 + l3 =27 + 17,1 + 42 + 21 = 107,1 м,

де lс = 3* h2 = 3*9 = 27 м.

Крупність каміння гнучкої рисберми визначається за графіком на рис.6

Рис. 6. Графіки для визначення крупності каменя гнучкої рисберми у випадку суцільної або прорізної водобійної стінки

при х/h = 107.1/7 =15.3 і ступені затоплення гідравлічного стрибка D = 1.1. Знайденому на графіку значенню (dн/h) * 102 = 4.0 відповідає діаметр каміння:

dн = 4.0 * 7/102 = 0.28 м.

З врахування коеф. запасу 1,3 розрахункове значення крупності кам'яної накидки: 

dн.р = 1,3 dн = 1,3*0,28 = 0,36 м.

орієнтовна глибина в місці розмиву:

hр =

глибина воронки розмиву:

hвр = hр - h = 49.1 - 7.0 = 42.1 м.

параметр турбулентності:

,

де x1 = l2 + l3 = 42+21 = 63 м,

= h2p/ h1р = 6,36/2,05 = 3.

При довжині жорсткого кріплення х = 107,1 < 25*9, можна прийняти

lp = 3,5hвр = 3,5*42,1 =147 м. В моєму випадку коли hвр > 20 м і довжина lp виходить дуже значною, рекомендується обмежитися довжиною рисберми 50…55 м. Тому я приймаю lp = 50м

довжина верхового відкосу воронки розмиву:

,

об'єм каміння на метр ширини:

,



Визначення товщини водобійної плити

У відповідності до розрахункової схеми на рис. 7, мінімальна товщина водобійної плити за умовами стійкості проти спливання наближено визначається за формулою:

,

де W = 0.5*0*h*lв = 0,5*9,81*4,56*38 =850 - сила дефіциту тиску; 0 - питома вага води;

?h, l - сторони трикутника епюри дефіциту тиску;

?h = (0,6…0,7)(h2 - h1) = 0,6*(9 - 1,4) = 4,56 м;

;

?Wф - залишкова сила фільтраційного тиску на водобійну плиту, при наявності дренажу під тілом греблі дорівнює нулю.

Рис. 7. Схема до визначення товщини водобійної плити

За умовами стійкості проти перекидання навколо точки А низової грані водобою його мінімальна товщина визначається наближено за формулою:



,

де ?М - перекидаючий момент сили дефіциту тиску

М - перекидаючий момент гідродинамічної сили, що діє на гаситель енергії

,

Fг - гідродинамічна сила, визначається за залежністю

,

,

о - коефіцієнт опору, при обтіканні гасителя о =0,6…0,8;

щ - площа проекції гасителя на нормаль до потоку на 1погонний метр ширини водобою;

V - середня швидкість течії перед гасителем.

За умовами стійкості проти зсуву мінімальна товщина водобою визначається наближено за формулою:

,

де f - коефіцієнт тертя бетону по ґрунту основи.

Остаточну товщину водобійної плити приймаю .

6. Фільтраційні розрахунки



Дано: S0 = 4.1 м, = 65 м, Н = 20 м, Т1 = 11 м.

- схема підзумного контуру розпластана

розрахункові глибини залягання водоупору:

,

,

розрахункові водоупори значно більші за дійсні, тому їх значення не використовуємо.

Втрати на вході:

,

,

,

де а - приведена середня товщина понуру.

Втрати напору:

,

,

Контролюючий градієнт напору фільтраційного потоку:

,



допустиме значення контролюючого градієнту:

,

де - розрахунковий критичний градієнт напору(для дрібих пісків дорівнює 0,29)

- коефіцієнт надійності(1,15)

- умова виконується.



7. Статичний розрахунок

Визначення діючих навантажень

Розрахункова схема для визначення діючих навантажень для експлуатаційного періоду представлена на рис. 9.

Всі сили, що діють на греблю, розкладаються на горизонтальні і вертикальні складові. Власна вага споруди визначається на основі відомих розмірів споруди і питомої ваги матеріалу за формулою:

,

де г1 - питома вага матеріалу (для бетону г1=23,5кН/м3, для залізобетону г1= 24,5кН/м3);

- об'єм елементу споруди, м3;

Zc - довжина секції греблі; при розгляді 1п.м споруди Zc =1,0 м;

S - площа поперечного перерізу елементу споруди, м2.

При визначенні ваги мосту Рм приймаю наступні орієнтовні розміри основних конструктивних елементів мосту (рис. 8):

- висота головних балок;

- ширина головних балок;;

- відстань між головними балками 3 м;

- приведена товщина плити 0,4 м.

,

,

,



Рис. 8. Схема до призначення розмірів елементів мосту. Розміри вказано в метрах

Вага затворів орієнтовно може бути визначена за емпіричною формулою:

,

Вага підйомних механізмів. Вага козлових кранів Рмех визначається за табл. 11. в залежності від ширини водозливного отвору (прогону), напору і ширини колії.

Таблиця 11. Основні характеристики козлових кранів

Прогін, м	Напір води, м	Ширина колії, м	Орієнтовна вага, кН
		колісний затвор	ковзаючий затвор
12,0	8,0-10,0 11,0 12,0 13,0	11,0 11,0 11,5 12,0	9,0 9,5 10,0 10,0	1079,1 1373,4 1373,4 1373,4

Врахування ваги кранів покращує умови стійкості тієї секції греблі, на якій він знаходиться, у порівнянні з іншими. Тому часто при розрахунках міцності і стійкості вага кранів не враховується.

Гідростатичний тиск води:

горизонтальні складові:



,

,

,

вертикальні складові:

,

,

,

Зважуючий тиск води. Значення зважуючого тиску визначаємо як добуток площі епюри на довжину секції Zc:

,

,

,

Фільтраційний тиск на підошву споруди визначається як об'єм епюри фільтраційного тиску, яку отримують в ході фільтраційного розрахунку:

,

,

,

К - хвилеве число,

Тиск вітрових хвиль. В глибоководній зоні горизонтальне навантаження на вертикальну грань споруди Wхв приймають по епюрі хвилевого тиску, яка при максимальному значенні горизонтального хвилевого навантаження має форму трапеції з ординатою Pхв, Мпа.

щ - кругова частота хвилі, 1/с;

ф - розрахунковий момент часу, с;

- висота хвилі 1%-ї забезпеченості, м;

- розрахункова довжина хвилі, м;

Н1 - глибина води перед спорудою.

Значення максимального горизонтального хвилевого навантаження Wхв, в будь-якому горизонтальному перерізі, заглибленому під рівень верхнього б'єфу на глибину h, визначається за формулою:

де- підвищення вільної поверхні хвилі над розрахунковим рівнем води біля вертикальної

стінки,

,

Тиск наносів.Епюра тиску наносів зі сторони верхнього б'єфу має вигляд трикутника висотою, яка рівна висоті шару наносів hнан , і ординатою в основі рнан , значення якої обчислюється за формулою:

,

; ; ,



,

Горизонтальна складова сили тиску наносів:

,

Сили тиску ґрунту.

У моєму випадку (глиняного понуру) це - сила тиску ґрунту захисного шару і самого понуру;

Верхня ордината епюри:

,

нижня ордината епюри:

,

де hнан - товщина шару наносів;

- щільність наносів в насиченому водою стані;

- кут внутрішнього тертя ґрунту в насиченому водою стані;

- питома вага наносів у зваженому стані;

- питома вага ґрунту у зваженому стані;

- щільність ґрунту в насиченому водою стані.

Значення активної сили тиску ґрунту, що діє на секцію греблі, дорівнює площі епюри, помноженій на довжину секції:



,

Верхня ордината сили пасивного тиску , ґрунту товщиною на низову грань греблі обчислюється за формулою:

,

де - питома вага бетону водобою у зваженому стані.

Нижня ордината епюри пасивного тиску ґрунту:

,

Значення пасивної сили тиску ґрунту:

,

Розрахунок сил та їх моментів зручно виконувати в формі таблиці 12.

Таблиця 12.Визначення сил, що діють на водозливну греблю та їх моментів

№ п/п	Найменування сили	Позначення	Значення сили, кН	Плече, м	Момент, кН·м
			Вертикальна	Горизонта-льна
1	2	3	4	5	6	7
1	Власна вага споруди	G1	-10584	-	4,5	-47628
2	Вага крану, мосту, затворів	Рз Рк Рм	-142,2 -1079,1 -110,4	- - -	10,1 10,2 1,75	-1436,22 -11006,82 +193,2
3	Сила активного тиску наносів та ґрунту	Ен Еа Еp	- - -	+119,0 +221,79 -1579,38	10,54 2,6 1,5	+1254,26 +576,65 -2369,1
6	Гідростатич-ний тиск	W1W2 W3W4 W5W6	- - -765,18 -588,6 -109,4 -	+1962 -920,62 - - - +137,0	14,56 4,56 12,54 15,75 13,35 2,6	+28566,72 -4198,03 +9595,36 -9270,45 -1461,56 +356,2
8	Тиск фільтраційного потоку	Wф W1зв W2зв W3зв	+598,65 +617,5 +328,8 +65,5	- - - -	55,48 44,77 0,25 15,0	+33272,97 +27645,47 +82,2 -983,25
9	Хвильовий тиск	Wхв	-	+5,73	21,9	+125,49

Всього ?Р= -11822,94 ?М=23315,11

Розрахунок стійкості

Нормальні контактні напруження:

Отже, нормальні контактні напруження стискаючі, а їх нерівномірність характеризується коефіцієнтом нерівномірності:

,

- що являється допустимим, так як для пісків його допустиме значення 2…3.

Встановлюємо можливий характер зсуву:

,

Так як менше Б = 1 то можливий лише плоский зсув.

Знаходимо коефіцієнт надійності при плоскому зсуві:

,

,

,

,

,

,

умова виконується, гребля досить стійка.

Рис. 9. Схема силових впливів на греблю



8. Пропуск будівельної витрати

Будівництво ведеться в дві черги. В котловані першої черги будівництва насухо возводяться всі елементи бетонної греблі, розташовані на низьких відмітках, в тому числі «гребінка» - фундамент греблі з биками того чи іншого ступеня готовності.

Паралельно ведуться інші роботи у котловані і на відмітках, що не затоплюються.

Будівельні витрати пропускають крізь стиснене русло. Відмітка верхової перемички першої черги будівництва:

РП1 = РНБ10% + ДZ + а = 3.4 + 0,055 + 1 = 618,455 м,

де РНБ10% - рівень нижнього б'єфу під час пропуск витрати 10% забезпеченості;

ДZ - перепад, що виникає при стисненні русла перемичкою і визначається за залежністю:

Дz = (V2c - V2п)/ ц2·2g = (1,042 - 0,632)/0,82*2*9,81 = 0,055м,

а - перевищення гребня перемички над розрахунковим рівнем води, приймаю 1м;

Vc - швидкість руху води в стисненому руслі:

Vc = Q10%/щc = 156/150 =1,04 м/с;

Vп - швидкість течії річки в побутових умовах:

Vп = Q10%/щп = 156/250 = 0,63 м/с,



щc - площа стисненого русла, що приймається для орієнтовних розрахунків:

щc = (0,5…0,7) щп = 0.6 * 250 = 150 м2

щп - площа живого перерізу річки, що визначається за геолого-топографічним розрізом річкової долини, 250 м2;

- коефіцієнт швидкості, приймаю 0,8.

В другу чергу будівництва осушений котлован розміщується у протилежного берега, а будівельні витрати пропускаються через гребінку.

Відмітка гребеня верхової перемички:

РГв = РНГ + Z + а = 614 + 3.45+1 = 618.45

де РНГ - відмітка низу гребінки, що приймається на позначці дна;

z - напір у верхньому б'єфі над низом гребінки;

а - запас,1 м.

Величину Z знайдемо методом добору з рівняння, :

hn/Z = hn/(Q10%/mуnnbv2g)2/3, Z = 3.45

де hn - висота підтоплення, що визначається за рівнянням:

hn = РНБ10% - РНГ = 617.4-614 = 3.4

m =0,39 - коефіцієнт витрати;

уn - коефіцієнт підтоплення, що приймається за таблицею 13;

n - кількість прогонів(2);

b - ширина водозливного прогону,12 м.



Таблиця 13. Значення коефіцієнта підтоплення

hn/z	0,60	0,70	0,80	0,90	0,95	1,00
уn	1,00	0,98	0,95	0,90	0,80	0,35

В маловодний період здійснюється пропуск будівельних витрат методом гребінки з одночасним нарощуванням висоти бетонної греблі і рівня водосховища. Одночасно, за допомогою будівельних затворів перекривається половина водозливних прогонів.

Розрахунок гребінки виконуєт...