Гидротехнические сооружения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Гравитационные плотины - это такие плотины устойчивость и прочность которых при воздействии нагрузок обеспечивается соответствующим весом. Материалом для обеспечения устойчивости служит бетон. Благодаря простоте конструкции гравитационные плотины наиболее распространенными. бетонный плотина строительство шлюз

Достоинства:1простота геометрических форм позволяющая применять широкую механизацию работ. 2благоприятные условия для создания термического режима.3возможность применения жестких бетонных смесей.4небольшая стоимость.

Недостатки:1относительнобольшой объем бетона по сравнению с арочными .2недостаточное использование прочностных свойств.3неблагоприятные напряжения у основания.

Классификацмя:1по условиям пропуска воды: а) глухие б) водосливные

2по высоте: а) низкие до25мб) средние 25-75в)высокие более75

3по степени массивности профиля: а)массивные б)облегченные(с расширенными швами и пустотелые).

К основаниям предъявляют следующие требования: 1породы должны быть достаточно прочными.2без резких деформаций воспринимать нагрузку от сооружения.3малая и взаимно равномерная сжимаемость. 4малая водопроницаемость и достаточная водостойчивость.5малая изменяемость свойств при фильтрации воды. 6монолитность пород -отсутствие трещин и карста.7необходимо отсутствие деформаций оснований и береговых склонов под воздействием физико-геологических причин.

В природе сравнительно редко встретить породы которые удовлетворяли бы всем требованиям.

Глухие бетонные плотины по своему очертанию соответствуют прямоугольному треугольнику с надстройкой в верхней части необходимой для образования гребня. Некоторые изменения вызываются увеличением устойчивости плотины на сдвиг или технологией возведения отдельных частей. Собственный вес плотины и гидростатическое давление воды изменяется от вершины треугольника пропорционально удалению от вершины. Напряжения возникающие в профиле также изменяются по высоте по линейному закону. Это обстоятельство является причиной применения треугольного профиля. При расчете профиля решают плоскую задачу. Целью расчета является нахождение при заданной высоте,min ширины по основанию из условия обеспечения устойчивости на сдвиг и прочности основания плотины. Основное условие прочности это отсутствие в теле плотины растягивающих напряжений.

Нормальные напряжения в до горизонтальных сечениях будут равны:

(1)

УV-сумма проекций сил на нормаль к основанию.

УМ-сумма моментов всех сил отн. ц.т. сечения(т.О).

Заменяя в (1) все силы принятые на рисунке обозначениями и пологая что растягивающие напряжения , получим ф-лу для определения ширины плотины понизу:дефферинцируя по n получим

(3)

При этом значении n функция max. Подставив значения получим n=-0.15.откос с обратным уклоном .но т.к. это неудобно то n=0 и профиль прямоугольный b?0.7h

При отсутствии противофильтрационного давления b?0.66h и V плотины можно уменьшить на 10-20%.

Определим отметку гребня плотины: ЎГП=ЎНПУ+d

d-запас по высоте d=h+?h+a

h-высота волны ?h-ветровой нагон а-конструктивный запас.

После определения отметки гребня назначается ширина проезда по нормативам мостов с учетом категории дороги. Если проезда нету то не менее 3.5м.

В месте сопряжения надстройки основного профиля вписывают плавную прямолинейную вставку благодаря которой искл. концентрация напряжений. Затем проектируются противофильтрационные устройства. Делаются галереи и дренажи для дренирования основания и тела. Тело дренируется скважинами на расстоянии 2-2.5 от верховой грани. Параллельно оси устраиваются галереи по высоте в несколько ярусов. Они служат для:1сброса и отвода противофильтрационных вод 2осмртра состояния бетонной кладки плотины3контроля за работой аппаратуры. Поперечные галереи служат для наблюдений за работой измерительной аппаратуры. Все галереи между собой связаны.

Основной особенностью водосливных бетонных плотин явл их геометрическая форма, в основу которой положен рациональный профиль с наклонными гранями. Устойчивость обеспечивается их массой и силами трения. Профи принимают с учетом конструкции высоты порога. Верхняя часть-оголовок, его форма определяет коэффициент расхода, давление струи на водосливную поверхность и характер протекания потока. Для водосливных плотин практического профиля принимают 2 типа оголовков: вакуумный и безвакуумный. Оголовки безвакуумного типа строят по координатам Кригера-Офицерова для напора 1м.

Из условия экономии бетона профиль плотины видоизменяется (РИС)

Быки и устои

Водосливная часть плотины разделяется на пролеты и водосбросные отверстия ограниченные устоями и быками. Устои сопрягают плотину с берегом или с премыканиями к грунтовой плотине. В конструктивном отношении они представляют собой подпорные стенки (РИС)

Для уменьшения градиентов напора в обход береговых устоев, ставят диафрагмы которые удлиняют путь фильтрации и эти диафрагмы отделяют диформац-м швом. Быки представляют собой вертикальные стенки разделяющие водосливной фронт на пролеты и одновременно служат опорой для мостов и затворов в водосливных плотинах их часто отделяют диф-ми швами . ширина быков зависит от пролета и напора и принимается не менее 0.5м.Температурные швы необходимы при изменении температуры

Осадочные швы применяют в сооружениях конструкция которых имеет в основании одинаковые напряжения но грунт в основании имеет разную степень сжимаемости. Конструктивные диф-е швы устраивают в сооружениях на нескальных грунтах. Располагают швы равномерно ? через 9-20м.

Бетонные плотины на нескальных основаниях состоят из нескольких частей к которому примыкают в ВБ понур и в НБ- рисберма, водобой. Все части вместе с плотиной составляют единую систему обеспечивающую пропуск поверхностного и фильтрационного потока, гашение кинетической энергии и устойчивость частей примыкающих к ней.

ПОНУР состоит из водонепроницаемой части, подготовки укладываемой на грунт, защитного слоя и крепления. Перечисленные части не всегда имеются в понуре. В зависимости от материала, условий работы, подготовка, защитный слой и крепления могут отсутствовать в отдельности или в сочетании. Водонепроницаемую часть понура выполняют из маловодопроницаемых грунтов, полимерных пленок. Сопряжение понура с бетонной плитой целесообразно вып-ть по следующей схеме(РИС)

1водонепроницаемый грунт 2подготовка 3защитный слой 4 покрытие 5битумный мат 6анкер7прижимной брус 8прижимная гайка 9битумная мастика

Толщина грунтового понура определяется исходя из допустимых градиентов. Если в основании плотины залегают грунты имеющие незначительные коэффициенты трения (глина) то исп понуры которые жестко соединены с фундаментом.(РИС)

ВОДОБОЙ. (РИС)

Назначение водобоя- воспринимать основные воздействия сбрасываемого через плотину расхода воды, гасить кинетическую энергию и в какой-то мере выравнивать скорости в конце водобоя. Выполняется из сплошной Ж.Б. плиты. Примыкание выполняется с помощью деформационного шва. Гашение энергии происходит с помощью водобойного колодца. Длину водобоя назначают =1.25 длины прыжка. Толщина водобоя

РИСБЕРМА. Под ней понимают укрепленный участок русла расположенный за водобое и предназначенный для дальнейшего уменьшения кинетической энергии и выравнивания скоростей. Может быть выполнена из блоков с выступами, тонких плит соединенных арматурой, каменного мощения или наброски. Рисберму укладывают на слой обратного фильтра. Толщина каждого слоя 0,3м при сухой укладке и 0.6-0.8м при укладке в воду. Длина рисбермы = 1-2 длин водобоя. Общая длина крепления НБ равна 9-12 -вторым сопряженным глубинам. Во избежание подмыва концевой части в конце устраивается либо зуб или ковш. Кроме этих частей в подземном контуре имеются шпунты и дренажные устройства.

Гидравлическим расчетом определяется необходимое количество и размеры водопропускных отверстий обеспечивающих пропуск max расчетного расхода, уточняют режим пропуска плавающих тел, отметку водобоя, построение профиля оголовка и грани а так же тип и размеры устройств. значение max сбросного расхода устанавливается расчетом с учетом класса гидроузла. -max паводковый расход -забор другими сооружениями -расход трансформируемый водохранилищем. Водосливной фронт делится на отдельные пролеты шириной b. В случае если через пролеты пропускается лед, то размеры пролетов зависят от условий при которых пропускается лед. Общая ширина ледопропускных сооружений 0.5-0.6 ширины реки в расчетном створе. При одинаковой ширине пролетов число их n, тогда , проектная ширина фронта а-ширина быка. Удельный расход на рисберме определяется как

Высотное положение водослива определяется уровнем ФПУ или НПУ т.е напором воды Н на пороге. Из формулы пропускной способности водослива определяем Н0.

Определяем коэффициент бокового сжатия



n- количество сжатий, о-к-т сопротивления зависящий от формы быка

-количество пролетов

Затем определяется отметка гребня водослива ЎГВ=ЎНПУ(ФПУ)-Н для определения отметки водобоя надо определить сжатую и сопряженные ей глубины на водобое (РИС)

Далее определяем 2 сопряженную

ц- к-т скорости, Р-высота порога, hкр- -критическая глубина, определяется как:

после этого решается вопрос по сопряжению бъефов <>

<-отметку водобоя принимают = отметке дна НБ. >-отметка водобоя принимается ниже дна НБ на величину dк=1.1(-) lк=1.9-после выполнения расчета строится профиль плотины по координатам Кригера-Офицерова. Далее выполняется сопряжение сливной грани плотины криволинейной вставкой радиусом R=(0.5ч0.2)(Н+Р)

Устройствами НБ принято называть такие водопропускные ГТС которые служат как для защиты дна в зоне гашения кинетической энергии так и для интенсификации сопряжения бьефов с помощью гасителей энергии потока. При их проектировании решается комплекс взаимосвязанных задач основными из которых будут:1расчет параметров гидравлического сопряжения бъефов,2прогноз параметров взаимодействия потока с отдельными частями НБ, для последующей оценки устойчивости и вопросов размыва НБ. В практике строительства ГТС избыточную энергию гасят одной из форм гидравлического прыжка, свободным падением струи или отбросом. (РИС)

Каждой из перечисленных схем гашения отвечает определенный режим сопряжения бьефов. При гашении одной из форм гидравлического прыжка возможны 2 различающиеся относительным расположением вертикальной плоскости транзитной части патока. В зависимости от этого длина водобоя будет различной. При гашении струи воронкой размыва определяются размеры воронки.

Арочными плотинами называется криволинейные в плане водоподпорные сооружения работающие как свод или оболочка и сопротивляющаяся действию горизонтальных нагрузок за счет упора в берега ущелья. Горизонтальное сечение арочных плотин имеет круговое очертание с нормальным опиранием пят в берега. Поперечное сечение плотин весьма различно по форме и ряде случаев назначается криволинейным по вертикали. По характеру работы на сдвиг они принципиально отличаются от гравитационных. Устойчивость обеспечивается за счет упора в берега , а это позволяет проектировать арочные плотины весьма малой толщины определяемой лишь условиями прочности материала. Профили арочных плотин значительно обжаты и характеризуются коэф-м стройности в<0.2-арочные, в=0.6ч0.7-гравитационные. Арочные плотины классифицируются:1по относительной толщине профиля в: в<0.2тонкие, в=0.2ч0.35толстые,в>0.35арочногравитационные 2по высоте Н<25низкие,Н=25ч75средние,Н>75высокие 3по форме: арочные с одной кривизной(по горизонтали), с двоякой кривизной; при значительном искривлении профиля - купольные 4по способу пропуска: глухие и сбросные.

Для восприятия усилий, берега в створе плотины должны быть сложены монолитной маловодонепроницаемой скалой. При строительстве арочных плотин с худшими геологическими условиями надо выполнить мероприятия по укреплению скального основания. На экономичность профиля существенное влияние оказывают топографические условия. Определяющие значение при этом имеет ширина долины

До недавнего времени считалось что арочные плотины могут строиться при Кств <3ч3.5 а для тонких арочных Кств <2. В настоящее время построены плотины с Кств до 10. Расширение области применения арочных плотин получено за счет устройства в плотине конструктивных швов которые повышают арочный эффект. Выполняются арочные плотины из высокопрочных марок бетона т.к. арки работают на сжатие. При возведении плотины их высота практически не ограничивается.

По мере освоения строительства арочных плотин совершенствовались и методы их расчета. Точность того или иного метода зависит от правильности учета действующих сил и факторов. В практике проектирования применяются несколько методов расчета. К основным методам расчета относят:1метод копирования -заключается в определении конструктивных размеров по уже построенной в аналогичных условиях плотине. 2метод независимо работающих арок. Расчет арки ведут как свободно опертой арки высотой =1 с постоянной толщиной e. (РИС)

R=2Nsinб; N=PRн ;

3метод расчета арки постоянной ширины с жестко заделанными пятами. Заключается в разбивке плотины на ряд горизонтальных арок при работе которых считалось что они работают независимо друг от друга. В качестве расчетной схемы принимают арку разрезанную в плече с приложением сил распора М и моментов М (РИС) По формуле неравномерного сжатия определяются краевые напряжения.

4метод арки и центральной консоли

(РИС) По середине вырезается центральная консоль и в одинаковых точках строятся прогибы. 5метод оболочек который основан на теории упругости. Работа арочной плотины учитывается как единой оболочки. 6экспериментальный метод заключается в моделировании плотины и исследовании в лаборатории и затем переносе в натуру.

ГРЕБЕНЬ И ГРАНИ ГЛУХИХ ПЛОТИН. Толщина по гребню мала всего 1.5ч4м поэтому устройство по плотине дороги требует уширения балочно-консольного типа. Напорная грань в целях повышения ее водонепроницаемости покрывается таркретом или окрашивается битумом. Низовая грань обычно облицовки не имеет но в суровых климатических условиях она утепляется. ФОРМА АРОК В ПЛАНЕ арки в плане могут быть выполнены по различному очертанию. Наиболее приемлимой является круговая арка . но в таких арках напряжения в пята больше чем в ключе. Для выравнивания напряжения увеличивают толщину в пятах. Для этого она вычерчивается из 2 центров (РИС)

ВОДОСЛИВЫ водосливы являются наиболее экономичными чем водосбросы в берегах. Наиболее целесообразно устраивать водосбросы по принципу свободнопадающих струй. При этом оголовку придают своеобразную форму для отброса струи (РИС). Толщина переливающейся струи на водосливе ограничивается 2-4 метрами. Струя падает на свободное основание. На ряде плотин вместо водосливных применяют погружные отверстия которые находятся на небольшой глубине от НПУ, что увеличивает пропускную способность. Устройство глубинных отверстий требует сильного армирования бетона вокруг труб. ПРЕМЫКАНИЯ АРОК К БЕРЕГАМ. Все силы действующие на арочную плотину передаются через пяты арок на скальные берега. Учитывая это, премыкания к берегам выполняется очень тщательно. (РИС)ШВЫ В ПЛОТИНАХ. По условиям статической работы арочных плотин диформ-х швов они не имеют. Вместе с тем плотины не возможно выполнить без временных строительных швов, которые бывают 3видов: 1бетонируемые 2цементируемые 3комбинируемые. Расстояния между швами 10-15м располагая их радиально. Бетонируемые швы имеют толщину 0.7ч1.5м. после временных строительных швов имеются конструктивные швы(швы надрезы и контурные швы).(РИС)

Котнрфорсными называют плотины состоящие из ряда отдельно стоящих стенок расположенных на некотором расстоянии друг от друга и перекрытых с напорной стороны водонепроницаемым перекрытием того или иного типа (РИС). Устойчивость контрфорсов обеспечивается собственным весом и давлением воды на перекрытие. Сила вертикального давления воды в таких плотинах играет значительную роль в устойчивости на сдвиг. Преимущества перед гравитационными: 1значительно снижается противофильтрационное давление,2расход бетона сокращается, 3создаются условия для экзотермии бетона. 4представляется возможность визуального осмотра всех частей плотины. Недостатки: 1более сложное производство работ, 2фильтрация через относительно тонкие перекрытия, 3надежная гидроизоляция швов, 4нодо применять арматуру. КЛАССИФИКАЦИЯ. 1 по типу напорных перекрытий: А) глухие с плоским перекрытием. Б)переливные с перекрытием до водобоя. В)водосливные со свободнопадающей струёй. Г)с арочным и Д)купольным перекрытием. 2по конструкции контрфорсов: А)с одиночными сплошными. Б)со сквозными контрфорсами. В)с фундаментной плитой или без. Г) заанкерованые контрфорсы. 3по очертанию продольной оси в плане: А)криволинейные. Б)прямолинейные. В)с ломаной осью. Наибольшее распространение имеют контрфорстно-гравитационные плотины. В большинстве случаев построены плотины с плоским перекрытием высотой до 30м. существенным недостатком плотин является небольшое расстояние между контрфорсами. Напорные плиты по характеру опирания на контрфорс могут быть разрезные и неразрезные.(РИС) В разрезном варианте плиты опираются на контрфорсы и рассчитываются как балка на 2 опорах с равномерно распределенной нагрузкой. В неразрезном варианте плиты рассчитываются как многопролетная балка с равномерно распределенной нагрузкой (РИС). Плиты перекрытия имеют переменную толщину по высоте. В верхней части 0.25ч0.4м в нижней зависит от напора и при Н=40м-1.5м. В местах опирания плит швы заполняются асфальтобитумной мастикой. Одиночные контрфорсы представляют собой стенки трапециидального сечения ширина по гребню в которых назначается в зависимости от категории дороги.(РИС)

Толщина конфорса поверху назначается конструктивно. Толщина понизу равна толщине 0.1Нпл+dв и затем уточняется расчетом. Расстояния между контрфорсами не превышают 5-6м и если основание скальное то контрфорс заглубляют в скалу на 0.3ч0.6м, а на нескальных основаниях проектируется Ж.Б. плита. Для уменьшения противофильтрационного давления используется обратная засыпка. Т.к. контрфорсы подвержены продольному изгибу то для его устранения используют балки жесткости, их располагают параллельно низовой грани конфорса. Через 15ч20м устраиваются деформационные швы и устраиваются по оси конфосора (в неразрезанных ). Основными расчетами в плотинах будут расчеты толщины арки или плиты, расчета оголовка конфорса, расчет конфорса на сдвиг и изгиб. При этом учитываются все силы кроме фильтрационного давления. Сначала определяется гидростатическое давление в центре плиты Р. Р=гy Затем определяется собственный вес плотины G=e?cosб?гбет Определяется max момент

Затем по изгибающему моменту в соответствии с расчетом Ж.Б.конструкций определяем толщину плиты и ее армирование.

е><ерасч выполняется пересчет. Предварительно ерасч принимают ерасч =3.8

Отличительной чертой метода расчета по предельным состояниям является использование группы статически обоснованных расчетных коэффициентов запаса(к-та сочетаний нагрузок- nс, к-та условий работы-mпл, надежности -Кн, перегрузок-n, к-та запаса по материалу Км) вместо одного коэффициента запаса. Расчеты плотин выполняют по 2 группам предельных состояний: 1по непригодности к эксплуатации. 2по непригодности к нормальной эксплуатации. По 1 группе предельного состояния выполняются расчеты на общую устойчивость и прочность а так же на местную прочность элементов сооружений. По 2 расчеты основания на местную прочность сооружения т.е. по образованию трещин деформации, расчеты раскрытия швов и трещин. Оценку наступления предельного состояния определяют сопоставляя расчетные усилия, напряжения деформации и др. Оценку наступления состояния 1 группы выполняют по одному из условий: R-расчетное значение общей несущей способности основания. Nр -расчетное значение общего силового значения. -расчетное напряжение. Ф(Ra?Rб)-функция, вид которой зависит от предельно-диформационного состояния. Rа-сопротивление арматуры. Rб-сопротивление бетона. Из 1 формулы можно получить значение обобщенного коэф-та запаса

;

использование обобщенного коэф-та запаса позволяет сравнивать между собой варианты плотин и сооружений одного или разного типов.

Оценка надежности определяется по требованиям СНиП и при проектировании плотин надо учитывать постоянные нагрузки: а)собственный вес сооружения, включающий в себя вес технологического оборудования (затворы), определяется исходя из геометрических размеров и объемной массы сооружения, б)гидростатического давления воды W=ЅгhІ W1=Ѕbnhг (РИС), в)вес грунта сдвигаемого вместе с плотиной и боковое давление грунта со стороны ВБ и НБ. Давление грунта со стороны ВБ определяется

ц-угол внутреннего трения грунта, б-угол наклона верховой границы к горизонту. Со стороны НБ

г) давление фильтрационной воды при НПУ и ФПУ при нормальной работе противофильтрационных и дренажных устройств, определяемое по эпюре, д)кратковременные нагрузки: давление льда-СНиП II-57-75, е)давление волны. Определяется в зависимости от высоты волны пользуясь приложениями АА.Можевительного. рассмотрим упрощенный способ определения волнового давления. (РИС). Когда в водохранилище больше 0.5 длины волны л=(10ч15)hв, тогда Нводохр =(5ч8)hв. Эпюра волнового давления будет иметь (смотри рисунок выше). Сила волнового давления и ее в большинстве случаев не учитывают. Кроме перечисленных основных нагрузок на плотину действуют временные нагрузки: сейсмическое воздействие, ветер. При расчете сооружений нагрузки и воздействия применяют в наиболее неблагоприятном сочетании для 2 расчетных случаев.

При расчете прочности плотин современные нормы проектирования подразделяют их на 2 группы. 1подпорные сооружения с Н до 60м в которых эксплутационные напряжения не превышают 2МПа.

2для плотин высотой более 60м ,где напряжения достигают до 7-10МПа должно выполняться условие во избежании неравномерной осадки а следовательно и перекоса плотины, отношение max главных напряжений к min по контакту плотины с грунтом принимаются для песчаных <3 для глинистых 1.5-2. Расчеты устойчивости включают расчеты на сдвиг, опрокидывание и всплытие. При плоском сдвиге расчет ведут по формуле



f-коэффициент трения, Np-проекция всех сил на нормаль к плоскости сдвига, С-коэффициент сцепления, Т-сумма проекций всех сил в плоскости сдвига. В случае глубинного сдвига расчет ведут по формуле: или методом цилиндрических поверхностей

При всплыве сооружения

Wф-фильтрационная сила, Wвзв-взвешивающая сила. Этот расчет ведут при max УВ в НБ.

Канал-водоток правильной формы, расположенный в выемке или насыпи. Каналы применяются в мелиорации, водоснабжении, судоходстве и т.д., для питьевого и промышленного водоснабжения Каналы для питьевого водоснабжения в тех местах где можно организовать зону санитарной охраны делают открытыми. Каналы для промышленного водоснабжения делают открытыми, кроме промышленных площадок. При проектировании каналов сначала определяют их положение в плане(трасса канала), затем продольный профиль и поперечное сечение(осн хар-ка канала). Основная форма канала трапециидальная. Размеры канала определяются гидравлическим путем при известном расходе воды. Заложение откосов канала m выбирается исходя из их устойчивости и зависит от грунтов и глубины канала. При глубоких каналах и переменном расходе откосы канала выполняют с бермой.(РИС). Известными величинами являются Q,i,m,надо определить h и b. Определяем наивыгоднейшее сечение канала:

(1)

R=h/2 (2)

Эти 2 уравнения дают возможность из уравнения Шези

после ряда преобразований определить глубину канала в явном виде

щ-площадь живого сечения, С-коэффициент Шези, n-коэф-т шероховатости русла, R-гидравлический радиус. Зная глубину канала из(1) можно выразить b.если канал используется для судоходства то глубина равна

При аналитическом методе задаются h и по формуле Шези определяют b. (ТАБЛиГРАФ)

По графику с использованием Кд определяем b. -до 0.4 м/с

-зависит от грунта и глубины канала, одежды. V не меньше 0.5-0.6м/с для избежания зарастания канала.

Потери воды на испарение происходят с площади водного зеркала, а на фильтрацию через основание и берега. Потери воды, на испарение, завися от теплоресурсов. Определить слой испарения можно определить по картам испарений или по формулам. Wи=Eщ ,Е-слой испарения, щ-площадь зеркала канала. Для уменьшения этих потерь вдоль канала высаживают лесополосы шириной 10-15м. потери на фильтрацию зависят от грунта по которому проходит канал и от глубины стояния ГВ.

Приближенно эти потери можно определить по формуле Дарси q=PV, Р-смоченый периметр,V-скорость фильтрации, V=KI, I-средний градиент фильтрации



Т-расстояние до водоупора, h-глубина воды в канале. Общие потери на фильтрацию зависят от длины канала: . Т.к. потери на фильтрацию могут быть значительными то надо применять меры борьбы с ними: 1путем повышения водонепроницаемости каналов, 2путем покрытия дна и откосов облицовкой.1достигается заилением, механическим уплотнением, нефтеванием. 2одеждами каналов. Одежды каналов выполняют ряд задач. Основными из которых будут: 1защита откосов и дна канала от размыва, 2защита откосов от разрушения волной и льдом, 3уменьшение фильтрации. Одежды должны удовлетворять строительным условиям: max использование местных строй материалов, полная механизация работ, невысокая стоимость. Виды одежд: одерновка, глиняный или торфяной экран, каменная наброска, бетонные и ЖБ покрытия, асфальтобетонные покрытия, пленки. Экраны бывают из торфа, глины, песка. Если экран глинистый то его толщина 0.2ч0.4м, торфяного 0.9ч1.5м. экраны покрываются песчаным слоем от 0.2 до 0.7м. покрытие из каменной, гравийной или щебеночной наброски наброски применяется на тех каналах где не надо уменьшать фильтрацию. Бетонные одежды наиболее распространены на водопроводных каналах. 1бетонируются на месте, 2в виде бетонных плит. Толщина бетона от 10 до 20 см и через 5,8,12м устраиваются термошвы. Ж.Б плиты устраиваются в зоне образования льда

Конфорсные плотины, у которых напорное перекрытие выполнено в виде арок называются многоарочными (РИС). Применяются многоарочные и многокупольные плотины на скальных основаниях. Форму арок чаще принимают круговой с постоянной толщиной сечения. Центральный угол 160-180 °. t арки в верхнем сечении 0.5м. в нижнем определяется техническим расчетом. Конструкция контрфорсов такая же как и в плотинах с тонким перекрытием. Расстояние между контрфорсами 50м а в среднем 12-25м. гравитационно-контрфорсные образуются из ряда параллельно стоящих контрфорсов имеющих с напорной стороны утолщенные оголовки вплотную примыкающие друг к другу. Горизонтальное сечение контрфорсов имеет разную форму. (РИС) Сплошные одиночные контрфорсы располагают с шагом 18м при толщине до 8м. полые или спаренные через 22ч26м. заложение откосов m1=0.4ч0.6 m1+m2=0.8ч1

Управление водой на каналах осуществляется регулирующими сооружениями называемыми шлюзы-регуляторы. Назначение регулирующих сооружений состоит в распределении воды по каналам, регулировании расходов, поддержке уровней. Классифицирутся сооружения на каналах по назначению: а)головные, б)водоспуски, в)перегораживающие, г)сбросные, д)концевые, е)вододелители. По конструктивным признакам: открытые, трубчатые напорные и безнапорные. По способу производства работ: монолитные, сборные, комбинированные. Норм-е расходы воды и соответствующие им уровни принимаются за расчетные при определении размеров сооружений. Наиболее часто используют открытые шлюзы регуляторы. В конструктивном отношении в шлюзе регуляторе можно выделить 3 составные части, отделенные друг от друга деформационными швами.(РИС). 1верховой сопрягающий участок включающий продольные береговые стенки и плиту понура. Он служит для сопряжения с каналом и используется для перехода от большей ширины к меньшей. 2средняя основная часть сооружения, представляет собой лоток прямоугольной, реже трапециидальной формы.(РИС). В пределах лотка размещаются быки, пазовые конструкции, затворы, служебные мостики. 3концевой сопрягающий участок, служит продолжением средней части сооружения и используется для сопряжения с отводящим каналом и при необходимости для расположения гасителей. За концевым участком располагается рисберма. Примыкание отдельных частей шлюзов-регуляторов друг к другу, а так же к каналам должно быть должно быть взаимно увязано и обеспечивать благоприятные гидравлические условия для протекания патока. Для сопряжения сооружения с берегом служат устои, которые воспринимают давление грунта обратной засыпки и одновременно используются для размещения пазовых конструкций, служат опорами для служебных и проездных мостов.

Разновидностью открытых шлюзов-регуляторов является диафрагмовый ШР, в котором по линии действия основного затвора имеется стенка-диафрагма, нижнее ребро которой располагается несколько выше УВ в НБ.(РИС). Самое большое распространение получили ТР. Их применение целесообразно в следующих случаях: 1при сравнительно небольших глубинах воды в каналах, когда можно использовать трубы заводского изготовления d=0.6ч1.4м. 2если необходимо устраивать переезд через сооружение. 3при глубоких выемках в каналах. 4в распределительных узлах сооружений, когда число водоводов больше 3. По гидравлическому режиму трубы регуляторы могут быть безнапорные и напорные. Существенной разницы в конструкции между ними нет. Безнапорные ТР применяют при незначительной разнице в уровнях между бьефами.(РИС).

При нескольких // уложенных трубах расстояния между ними должны быть не менее 0.6м. Если предусматривается проезд транспорта то толщина грунта над трубой ?0.6м, при асбестоцементных трубах ?1м, в дорожном строительстве ?1м. Типовые ТР устраивают на расходы до 10 мі/с, и действующим напором до 1м. Кроме отдельных ШР на каналах в одном месте устраивают несколько ШР, выполняющих различные задачи. Такие объединенные сооружения называют узлом ШР. Большое количество сооружений затрудняют компоновку, в узлах применяют открытые и закрытые ШР. Существует 2 схемы расположения ШР: 1сближеная, 2удаленная (РИС).разновидностью распределительных узлов являются вододелительные, которые служат для пропорционального деления расхода канала. Они могут быть автоматического и регулируемого действия, открытые, трубчатые. (РИС).

ШР гидравлически рассчитывают как водослив с широким порогом с подтопленным или неподтопленым истечением. ШР с подтопленным истечением рассчитывается по формуле

-перепад уровней с учетом скорости подхода, ц=коэф-т скорости (0.95), д-коэф-т учитывающий характер подхода воды к водосливу, зависит от б, -глубина воды на пороге, е-коэф-т бокового сжатия определяемый как коэф-т а зависит от формы оголовка быка; прямоуг-0.2;заостренный-0.05; полуцилиндрический-0.11

ВОДОВЫПУСКИ в ирригационных каналах для самотечной подачи воды на поля в местах вывода ее из старших каналов в младшие ставят ШР и ТР, которые называются водовыпусками. Назначение их -регулировать расходы воды, поступающие в канал. Устраивают как закрытые так и открытые водовыпуски. Пороги водоводов располагают как выше дна старшего канала, так и на одной отметке с ним. Расход типичных водовыпусков до 10мі/с. ПЕРЕГОРАЖИВАЮЩИЕ СООРУЖЕНИЯ. предусматриваются для подпора уровней воды, когда по каналу проходят расходы меньше расчетных (открытые ШР). Отметка порога подпорного сооружения принимается одинаковой с отметкой дна канала. ПРМЫВНЫЕ ШР. Из источника в ирригационные каналы вместе с водой поступают наносы, осаждаясь в каналах они снижают их пропускную способность. Для промывки каналов от наносов устраивают ШР с помощью которых происходит смыв наносов. АВАРИЙНЫЙ СБРОС. При поступлении в каналы расходов больше расчетных происходит увеличение УВ больше допустимых, что может привести к разрушению ГТС, для недопущения этого устраивают аварийные сбросы. Они бывают 2 типов: 1автоматического действия, 2регулируемого действия. Расчетный расход аварийного сброса принимается равным половине нормативного расхода канала в месте сброса.(РИС). На основе гидравлических расчетов определяются все размеры сооружений, при которых обеспечивается пропуск заданных расходов воды и происходит гашение кинетической энергии в НБ. Характер истечением через водослив устраивается по критерию подтопления и по Киселеву его можно принять -глубина подтопления со стороны НБ. водослив подтоплен. При неподтопленном водосливе формула расчета имеет вид m-коэф-т расхода водослива. Расчет через ШР с частично открывающимся затвором или в горизонтальном лотке с неподтопленным истечением ведется по формуле

еґ-коэф-т вертикального сжатия зависит от отношения

при подтопленном истечении

-величина открытия щита; м-коэф-т расхода системы; -глубина воды в сечении в котором при истечении через незатопленное отверстие наблюдается сжатая глубина



Для ШР и ТР

Сопрягающими называют сооружения для перевода потока воды с высоких отметок на более низкие. В ГМ практике сопрягающие сооружения возводят на каналах когда на их трассе встречается препятствие в виде сосредоточенного падения местности. Разновидность сопрягающих сооружений: 1быстротоки, 2перепады, 3кансольные сбросы. Открытые сопрягающие сооружения возводят в выемке. Для таких сооружений наряду с выемкой допускается частично использовать насыпь, но подошва при этом располагается на прочных коренных грунтах.(РИС)

Требования к сопряжению: 1создать безопасные гидравлические условия движения воды, как в самом сооружении так и в примыкающих к нему водотоках, 2обеспечить статическую устойчивость и прочность как всего сооружения так и отдельных его частей, 3иметь рациональные и экономичные формы. Исходя, из топографических условий быстротоки целесообразно применять при пологом падении местности. При более крутом падении местности лучше вписываются перепады. Если при пологом падении местности встречается резкое падение местности, то тогда применяют консольные сбросы. В большинстве случаев сопрягающие сооружения выполняют из бетона и железобетона на расходы до 10мі/с, их выполняют сборными. Рассчитывают сооружения на нормальные расходы и проверяют на форсированные расходы

Поперечное сечение таких сооружений прямоугольной и трапециидальной формы. ПЕРЕПАДЫ .-сопрягающие сооружения в виде ступеней для сопряжения безнапорных участков, расположенных на разных уровнях при резком падении местности. Поток воды в перепадах частично движется по флютбету, а частично в свободном падении.(РИС). Перепад состоит из понура(1), продольной стенки(2), 3стенки падения, 4водобойного колодца, 5воздушной трубки, 6,7подводящего и отводящего канала, 8деформационных швов. Ширину перепада принимают постоянной по всей длине, равной ширине входной части, за исключением гасителей энергии. Высота ступеней при большой разнице высот может быть различна. Из гидравлических и строительных условий высоту промежуточных ступеней задают одинаковой и=> будут одинаковые колодцы. Количество ступеней n=z/d , d-глубина колодца, z-разница уровней между ВБ и НБ. Входную часть перепада устраивают в виде раструба, назначают длину понура (2ч3)Н. При прямоугольном сечении

при трапециидальной форме по следующей формуле

В формуле 2 неизвестных b и m. Для их нахождения используют 2 зависимости:

Q1 и Q2 берут по кривой связи при следующих уравнениях Н1 и Н2



Расчет ступеней. Определяется сжатая глубина

S=H+P-для 1-й ступени, S=P+d+Hґ -для 2 ступени. Определяется методом приближения. -определяем 2 сопряженную

Глубину переливающегося слоя определяют

При известной Нґ определяют d глубину колодца d=Н2-Нґ длину колодца

Расчет последней ступени перепада при прямоугольном сечении и постоянной ширине ведут как и промежуточной ступени. При этом для получения надвинутого прыжка глубина колодца

В призматических руслах формулы сопряжения глубины связаны уравнением прыжковой функции

Быстротоком называют русла, имеющих уклоны больше критических. Поток воды в них движется без отрыва от флютбета.(РИС). Особенность быстротока состоит в том что гашение кинетической энергии происходит в одном месте (в конце быстроточной части в специально устроенных гасителях-колодец). Значительная концентрация энергии в концевой части требует и мощных гасителей. На ГМС применяют в основном гладкие быстротоки с постоянной шириной по дну. Усиленную шероховатость применяют тогда , когда скорости на быстротоке превышают допустимые для материалов из которых выполнен быстроток. По гидравлическим и конструктивным особенностям быстротоки можно разделить на несколько основных частей: 1входная часть, 2быстроточная, 3гасительная, 4выходная.все эти части отделяются друг от друга деформационными швами. Из условия пропуска паводкового расхода толщину быстротока можно определить по формуле Дамбровского Н-глубина воды в расчетном сечении б-коэф-т характеризующий основание: для глин и суглинков-1, для супеси-1.5, для песка-2. min толщина флютбета монолитных лотков 15см. при расчете быстротоков входная и сопрягающая его части рассчитываются аналогично как и в перепадах. При известных геометрических размерах быстротока гидравлический расчет лотка сводится к определению глубины в его конце и на промежуточных участках, это сводится к построению кривой спада. Такие расчеты ведут по формуле неравномерного движения i-уклон лотка, Но-глубина воды при равномерном движении,

определяются при равномерном движении.

Функция величины применяемые по таблица гидравлики. В начале быстротока устанавливается критическая глубина, принимается равным.

Консольный сброс-открытое сопрягающее сооружение в котором паток воды по одной части движется по флютбету, а на 2 части при свободном падении, т.е. со сбросом воды в неукрепленный грунт. В результате свободного падения патока воды в грунте, за сооружением образуется воронка размыва в которой и происходит гашение кинетической энергии. (РИС). Поскольку вход в сооружение такой же как и в других сооружениях его расчет ведут также как быстротока.

Скорость в конце быстротока h2=hк . Тогда скорость

Расчет воронки сводится к определению рамыва в месте, где струя падает в НБ. Паток при падении в НБ имеет скорости

Угол наклона входа струи Закон расширения струи в месте ее падения на воду

q-удельный расход в месте падения струи. Vдоп-допустимая скорость на размыв, б-0.7..0.8, При И>10°, глубина воды в воронке Глубина размыва равна

В общем случае под водопроводящими сооружениями понимают как каналы, по которым транспортируется вода к месту потребления , так и сооружения на них устраиваемые в местах пересечения каналами с естественных и искусственных препятствий. К водопроводящим сооружениям относятся лотки, дюкеры, акведуки, селепроводы, ливнеспуски и ГТ тоннели. Напорные трубопроводы устраиваемые на каналах, когда на пути встречаются препятствия называют дюкерами. Их особенность состоит в том что трубопроводы располагают ниже дна канала в следствии чего паток воды в них всегда напорный. По расположению дюкера относительно поверхности земли их можно разделить на 2 типа. I проложенные под пересекаемым препятствием ниже поверхности земли и засыпанные сверху грунтом. По конструктивным особенностям их можно разделить на: 1шахтные (колодезные), применяемые при небольших напорах 3-5м.(РИС). 2криволинейные в которых в местах пересечения осей трубопроводов делаются криволинейные вставки. (РИС). II проложенные по склону и дну широкой долины, обычно на всем протяжении находятся выше поверхности земли. При пересечении русла укладываются по мосту или устраивается арка.(РИС). Если пересекается 2 канала то дюкер устраивается на канале с меньшим расходом. Скорости течения воды в дюкере принимаются 1.5-4м/с. Дюкеры устраивают бетонные, Ж.Б., металлические. В местах пересечения каналов кроме дюкеров устраивают и трубы или лотки. Они более экономичны при большей ширине и малой разнице в ВБ и НБ. (РИС). В местах пересечения с хоз дорогами устраивают переезды, которые представляют собой трубы, уложенные горизонтально по срезу канала и засыпанные сверху грунтом. При расчете дюкера должна быть составлена геометрическая схема в которой указывают длину трубопроводов, местоположение оголовков, материал трубопровода. Расчет дюкера ведут на нормальный расход канала определенной обеспеченности по формулам в которых учитывают местные потери и потери по длине.

-общие потери напора, м-коэффициент расхода

предварительно м=0.66.



-для круглых труб. В прямоугольных трубах потери по длине вычисляются по формуле Шези:

При пропуске max расходов проводят поверочные расходы, по каторым определяют характер неравномерного движения перед и за дюкером.

Водопроводящие сооружения выполняемые в виде мостов или эстакад с мостами или трубопроводами предназначенные для перевода трубопроводов через понижения рельефа называют акведуками.

Селепроводы-акведуки, расположенные над каналами или водотоками, предназначены для пропуска по ним селей. Лотки как самостоятельные водопроводящие сооружения заменяют земляные каналы в тех местах, где по топографическим или другим условиям их провести трудно. Акведуки применяют при пересечении малых рек, значительных понижений глубиной до 20м. выполняют акведуки из железобетона, по конструкции они подобны мостам. В начале входного и в конце выходного участка устраивают бетонный зуб и забивают шпунтовую стенку.(РИС).

Такие вертикальные приграды способствуют отводу фильтрационного патока к дренажу, расположенному у низового откоса, или к водотоку. По конструктивным особенностям пролетного строения акведуки можно разделить на 2 вида: состоящего из лотка опирающегося на опоры, 2состоящего из 2 независимых конструкций мост, лоток. Сборные конструкции возводятся только лоткового типа. Поперечное сечение лотков могут быть прямоугольным, параболическим, круглым. Через 25-30м лоток разрезается деформационным швом (на опоре). Опоры акведуков применяют рамными или сплошными

Селедуки по конструкции напоминают акведуки,особенность их заключается в устройстве струенаправляющих дамб примыкающих к сооружению. Расчет акведуков ведется на нормальный расход каналов, скорость патока 1-2м/с, расчет ведут при известной конструктивной схеме, известных УВ в канале, по формуле водовода с широким порогом при подтопленном истечении

Дальше по формуле Шези для равномерного движения. ГТ тоннелями называют водоводы замкнутого поперечного сечения устраиваемые в земной коре без вскрытия лежащей над ним

толщи грунта. В зависимости от водохозяйственного назначения тоннели могут быть водохозяйственные, ирригационные, судоходные. Устраивают тоннели когда на пути каналов встречаются возвышенности местности и устроить открытую выемку экономически невыгодно.(РИС). Вход и выход тоннеля обрамляется порталами. Их назначение закрыть и закрепить концы обделок тоннеля, обеспечить плавный переход потока к премыкающим водоводам и предохранить массив от обрушения. Порталы отделяют от стенок тоннеля деформационными швами. По гидростатическомурежиму режиму тоннели бывают напорные и безнапорные. Скорость патока в безнапорных тоннелях назначается такой как и в других водопроводящих сооружениях 1.5-2.5м/с, а в сбросных до 40м/с (в скалах). При пропуске малых расходов в безнапорных тоннелях расстояния от потолка до УВ должно быть не менее 0.4м. Безнапорные тоннели рассчитываются по формулам Шези. При напорном режиме используют формулы напорных труб, и применяют скорости от 4м/с и больше, уклон не имеет значения. производится статический расчет обделок тоннеля.

Размещено на Allbest.ru

...