Файл: Дисциплина Гидротехнические сооружения Расчетнографическая работа проектирование водохранилищного гидроузла (.docx

земли (черными отметками), расстояниями между фиксированными точками (соседние точки с фиксированными отметками поверхности земли на продольном профиле соединяют прямыми линиями) и пикетами наносят также проектные отметки сооружений (красные отметки), план трассы с указанием местоположения начала и конца кривых.

Высотное размещение всех сооружений на водосбросном тракте определяется таким образом, чтобы выемки были минимальными, причем допускается на отдельных участках частично выполнять насыпь. Исходя из этого условия и выбирается трасса. Грунты из выемок водосбросных трактов рекомендуется укладывать в тело плотины, если по физико-химическому составу они пригодны для насыпи. Перемещение грунта из выемок в тело плотины позволяет сократить затраты по гидроузлу, но при этом следует учитывать, что глубокие выемки осложняют эксплуатацию сооружения, особенно при пропуске расходов половодья.

4.2.2. Гидравлический расчет подводящего канала

Для сброса паводковых вод из водохранилища подводящий канал должен иметь широкий фронт забора. У сопрягающего сооружения целесообразно иметь более глубокий и узкий канал для удобства сопряжения его с небольшим по ширине сооружением. Поэтому при изменении глубины и ширины по дну в канале приходится иметь дело с непризматическим руслом, в котором движение потока будет установившимся, медленно изменяющимся. Гидравлический расчет сводится к определению недостающих гидравлических элементов и уклона дна канала (рис. 4.1).



Рис. 4.1. Схема к расчету канала

Пользуясь методом профессора В.И. Чарнамского (интегрирование уравнения неравномерного движения путем непосредственного суммирования), вычисляют для граничных сечений, т.е. для начала и конца подводящего канала, неизвестные гидравлические элементы.

Для расчета используют формулы гидравлики





где - площадь живого сечения, м²;

- расчетная скорость течения воды в канале, м/сек (табл. 1, прил. Б, равна 0,8 м/сек);

- расход сбросного сооружения, равен 15 м³/сек;

- ширина канала по дну, м;

- глубина воды в канале, м (в начале и в конце соответственно 1,0 и 1,2 м);

- заложение откосов, принимается по таблице 2, приложения Б (равно 1,5).

Смоченный периметр определяется по формуле



Гидравлический радиус сечения



Коэффициент Шези можно найти по формуле



где - коэффициент шероховатости, который принимают в земляном русле в зависимости от расхода

Q, м3/с	<1,0	1,0…25,0	>25
	0,03…0,025	0,025…0,0225	0,0225…0,020

Все расчеты удобнее сводить в табличную форму:

Таблица 4.1. – Расчетные гидравлические характеристики

Расчетные формулы	Ед. изм.	Назначаемая величина
		=1,0	=1,2
	м2	25	25
	м	23,7	23,7
	м	26,98	23,20
	м	0,92	1,07
	м0.5/с	42,01	43,08

4.2.3. Расчет отводящего канала

При однообразных грунтах по всей трассе водосброса размеры отводящего канала можно принять равным размерам подводящего канала в сечении II-II. Таким образом, в соответствии с условиями, принимаем размеры отводящего канала равными размерам подводящего.

4.2.4. Проектирование и расчет сопрягающих сооружений

4.2.4.1. Конструктивные особенности

Быстротоки представляют собой сопрягающие сооружения в местах сосредоточенного падения местности, в которых вода про­ходит с большими скоростями.

Быстротоки бывают деревянные, каменные, бетонные, железобетонные и из других материалов. По расположению в плане различают прямолинейные и криволиней­ные быстротоки, по виду поперечного сечения - прямоугольные и трапецеидальные с коэффициентом откоса не менее m=1. В за­висимости от длины различают быстротоки длинные и короткие. В длинных глубина воды в конце весьма близка к нормальной глу­бине в лотке. В коротких быстротоках глубина воды в конце боль­ше нормальной.

Быстроток состоит из входной части, самого лотка быстротока, успокоителя и выходной части рисбермы (рис. 4.2).

Сопря­жение соединительного канала с лотком и успокоителя с отводя­щим каналом осуществляется в виде раструба либо обратной стенки.

Чтобы уменьшить или снять фильтрационное давление на лоток, а также понизить депрессионную поверхность фильтрационного или грунтового потока в его дне в концевой части устраивают разгрузочные отверстия, а за боковыми стенками – застенный дренаж. Фильтрующаяся вода через разгрузочные отверстия выходит в лоток быстротока, а из дренажа сбрасывается в нижний бьеф. Последний состоит из двух дрен, уложенных вдоль продольных стен быстротока. Нижняя концевая часть дрен выводится ко дну отводящего канала (рис. 4.3). Застен­ный дренаж устраивается на протяжении 0,5-0,6 длины быстро­тока. Для контроля за работой дрен строятся смотровые колод­цы. При несимметричном потоке грунтовых вод продольные дрены соединяются между собой в местах расположения смотровых ко­лодцев поперечными, или соединительными, дренами. Дрены устра­иваются из перфорированных труб с укладкой вокруг них песчано-гравелистого слоя. Можно устраивать гравелисто-щебеночные дре­ны с укладкой вокруг них песчаного слоя.

При удельном расходе воды q≤2 м³/с длина входной понурной
части lп=2H, при q≥2 м³/с lп=3H, где H - глубина воды перед
входной частью быстротока, м.

Длина предпонурного крепления lпп=(2…3)H, толщина плит понура
0,1-0,2 м. По длине бетонного лотка быстротока через 5-20 м устраиваются швы.

Днище быстротока, в местах устройства швов, имеет утолщение в целях увеличения площади соприкосновения и этим самым для уменьшения фильтрации через швы, а также для увеличения сопротивления сдвигу лотков при больших уклонах. Швы заделываются двумя слоями толя в гудроне общей толщиной 7…10 мм или применяется профильная резина. Под швами необходимо устройство обратного фильтра.



Рис. 4.2. Бетонный быстроток с застенным дренажем

Для защиты грунта за стенками от намокания устраивается отмостка шириной 1…2 м. Она выполняется из бетонных плит толщиной 0,1…0,15 м либо асфальтом толщиной 0,07…0,10 м.

Для перехвата и отвода от сооружения дождевых и талых вод вдоль сооружения устраиваются нагорные канавы. Ширина дна нагорных канав и глубина их должны определяться гидравлическим расчетом и быть не менее
0,6 м. Заложение откосов этих канав должно быть не круче 1:1,5. Толщину и материал облицовки нагорных каналов принимают одинаковыми с отмосткой.

Крепление дна выходной части (рисбермы) следует делать водопроницаемым и тяжелым (бетонные плиты толщиной 0,3…0,8 м, габионы, мощное покрытие габионной сеткой) на длине равной примерно длине колодца и далее - облегченным (мостовая, каменная наброска).

Толщина бетонной облицовки лотка быстротока трапецеидального поперечного сечения принимается 0,15…0,4 м. При прямоугольном поперечном сечении быстротока боковые стенки устраиваются в виде подпорных стенок, поперечные размеры которых определяются на
основании статического расчета. Толщина дна лотка быстротока
принимается 0,2…0,5 м.

Превышение боковых стенок лотка быстротока над расчетным
уровнем воды δ, определенным с учетом аэрации потока, принимается равным:

q, м3/с	<1	1-10	11...30	31...50	51...100
δ, м	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6

В быстротоках трапецеидального поперечного сечения при коэффициенте откосов m>1,5 превышение верха их над расчетным уровнем воды увеличивается на 15 % по сравнению с этими данными.

4.2.4.2. Гидравлический расчет быстротока

Расчет быстротока заключается в определении глубины потока по его длине, размере успокоителя, рисбермы, водобойного колодца либо стенки и выполняется в следующей последовательности (рис. 4.3):

1. Находят ширину входной части



где - расход водосброса, равен в соответствии с заданием 15 м³/сек;

_{= 9,81 м/с2 - ускорение свободного падения;}

= 0,32…0,385 - коэффициент расхода, зависящий от конструктивного оформления входной части (принимаем равным 0,36);

- полный напор на пороге водослива с учетом скорости подхода (м), находится по формуле



где H – напор на пороге водослива (м), равный глубине потока в конце подводящего канала (h₂), равен 1,2 м;

= 1,1 – коэффициент скорости;

– скорость подхода (м/с), определяемая по формуле



где - площадь живого сечения потока в подводящем русле (конце подводящего канала), равна 25 м².







Ширина входа и определяет ширину транзитной части сооружения



Полученный водосливной фронт разбивают на пролеты, округлив их до стандартных размеров.


Рис. 4.3. Расчетная схема быстротока

2. Вычисляют удельный расход (м³/с м.п.)





3. Вычисляют критическую глубину по зависимости





4. Вычисляют нормальную глубину



где = 0,014-0,017 - коэффициент шероховатости для бетонных лотков, принимаем 0,0175

- уклон лотка быстротока, равен 0,17.



5. Принимают глубину воды в конце лотка



6. Для быстротока без стенки падения за сжатую глубину можно принять глубину в конце лотка



7. Находят сопряженную глубину по формуле





Поскольку , т.е. , то прыжок в нижнем бьефе отогнан.

_Здесь – бытовая глубина воды в нижнем бьефе (глубина воды в отводящем канале, равная 1,2 м).

Сопряжение по типу отогнанного гидравлического прыжка не допускается, поэтому в подобных случаях необходимо затопить прыжок искусственно с помощью водобойного колодца или водобойной стенки.

8. Глубина колодца ориентировочно равна



где =1,05…1,10 – коэффициент запаса на затопление прыжка, принимаем равным 1,1.



9. Длину водобойного колодца определяют по формуле





где - длина прыжка, определяемая для прямоугольного русла по формуле





10. Вычисляют длину рисбермы





11. Находят скорость течения воды в конце быстротока





Допускаемая скорость для бетонных лотков м/сек.

12. При проектировании водобойной стенки (рис. 4.3) ее высота определяется по формуле



где = 1,05 – коэффициент запаса, обеспечивающий определенную степень затопления;

– полный напор над водобойной стенкой равный

(5.28)

где – напор над стенкой;

- скорость перед стенкой.







Рис. 4.4. Расчетная схема водобойной стенки

Стенка работает как водослив, причем может быть либо подтопленной, либо неподтопленной.

В первом приближении считается стенка неподтопленной, т.е. и напор определяется из формулы водослива



где m=0,42 – коэффициент расхода водобойной стенки.

С учетом имеем:





Скорость перед стенкой