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

В состав проектируемого нами гидроузла входят: грунтовая плотина, водосбросное сооружение и водоспуск. В данном издании рассматривается вариант земляной насыпной плотины, которая выполняет роль водоподпорного сооружения. Водосброс предназначен для сброса в нижний бьеф гидроузла той части объёма паводка, которая не может быть аккумулирована в водохранилище при нормальных условиях его эксплуатации во избежание превышения установленных проектом уровней воды в верхнем бьефе. Водоспуск служит для постоянных полезных попусков из водохранилища в нижний бьеф, диктуемых водохозяйственными и санитарными требованиями; для полного или частичного опорожнения водохранилища в заданный срок в целях ремонта сооружений, расположенных в верхнем бьефе; для частичного промыва наносов, отложившихся перед сооружением.

2. Конструирование профиля земляной плотины

2.1. Выбор типа и конструкции земляной плотины

Тип и конструкция земляной плотины выбирается в зависимости от наличия местных грунтов, из которых будет возводиться земляная плотина и геологических условий в створе плотины.

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

При возведении плотин из водопроницаемых грунтов (пески, супеси) для уменьшения фильтрации устраивают пластичное ядро или пластичный экран.

Противофильтрационные элементы плотины (ядра, экраны, понуры, зубья) устраиваются из маловодопроницаемых грунтов (глинистые грунты, грунтовые смеси) с коэффициентом фильтрации менее 10^-4 м/сут.

В однородных земляных плотинах рекомендуется устраивать дренажи со стороны низового откоса. Дренажи способствуют понижению депрессионной поверхности фильтрационного потока и обеспечивают устойчивость низового откоса.

2.2. Конструирование поперечного профиля земляной плотины

Основной задачей проектирования поперечного профиля плотины является определение отметки гребня плотины и его ширины, а также назначение заложения откосов плотины. Размеры поперечного профиля зависят от типа плотины, ее высоты, характеристик грунта тела плотины и ее основания, а также условий строительства и эксплуатации.

2.2.1. Ширина гребня плотины

Гребень плотины конструируют из условий производства работ и эксплуатации плотины. Прежде всего, необходимо обеспечить проезд транспорта и сельскохозяйственной техники. Поэтому ширину гребня принимают в зависимости от категории дороги.

Для отвода поверхностных вод гребню плотины придается двусторонний поперечный уклон, равный при асфальтобетонном покрытии 20 ‰, на гравийных и щебеночных покрытиях 25-30 ‰, а на покрытиях из грунтов, укрепленных местными материалами, и на мостовых из колотого и булыжного камня - 30-40 ‰. Поперечные уклоны обочин при двускатном поперечном профиле следует принимать на 10-30 ‰ больше поперечных уклонов проезжей части.

Если гребень плотины сложен из глинистых грунтов, то для его защиты от промерзания укладывается слой несвязного (песчаного) грунта, толщина которого, включая и покрытие гребня, должна быть не менее глубины промерзания грунта в районе строительства.

По краям гребня устраивается ограждение в виде надолб (бетонные столбики с шагом 4 м и более). Со стороны верхнего бьефа может устраиваться сплошной волнозащитный парапет.

2.2.2. Очертание откосов

Откосы плотины должны быть устойчивыми во время ее строительства и эксплуатации при воздействии статических и динамических нагрузок, фильтрации, капиллярного давления, волн и др.

Выбор заложения откосов (m₁ - верхового и m₂ - низового) плотины производится на основе опыта строительства и эксплуатации аналогичных сооружений с учетом физико-механических характеристик грунтов тела плотины и основания, действующих на откосы сил, высоты плотины, методов производства работ по возведению плотины и условий ее эксплуатации. Назначенные заложения откосов затем проверяются расчетами статической устойчивости и при необходимости корректируются. Ориентировочные значения заложений откосов земляных плотин из глинистых и песчаных грунтов при наличии в основании грунтов с прочностью, не меньшей, чем в теле плотины, приведены в табл. 2.1.

Таблица 2.1 - Заложение откосов земляных насыпных плотин

Тип плотины	Заложение откосов при высоте плотины, м
	до 5		от 5 до 10		от 10 до 15
	верхового	низового	верхового	низового	верхового	низового
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

2.2.3. Определение отметки гребня плотины

Определение отметки гребня плотины

Отметка гребня плотины назначается на основе расчета необходимого возвышения его над уровнем воды в верхнем бьефе. При этом рассматриваются два случая стояния уровня воды в верхнем бьефе:

а) при нормальном подпорном уровне (НПУ) или при более высоком уровне, соответствующем пропуску максимального паводка, входящего в основное сочетание нагрузок и воздействий;

б) при форсированном подпорном уровне (ФПУ), при пропуске максимального паводка, относимого к особым сочетаниям нагрузок и воздействий.

Возвышение гребня плотины

, в обоих случаях определяется по формуле

, (2.1)

где

- ветровой нагон воды в верхнем бьефе, м;

- высота наката ветровых волн обеспеченностью 1%, м;

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

Параметры ветровых волн, а также величины

определяются в соответствии со СНиП 2.06.04-82 «Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов).

Для большей наглядности и систематизации расчеты представим в табличной форме (табл. 2.2).
Таблица 2.2 – К расчету отметки гребня плотины

№ п/п	Обозначение характеристик	НПУ	ФПУ
1.	Конструктивный запас а, м	0,5	0,5
2.	Расчетная скорость ветра м/с	23	16
3.	Величина нагона волны, м	0,237	0,174
4.	Величина наката волны	0,98	0,81
5.		9212,87	13243,5
6.		70,46	153,28
7.		0,139	0,325
8.		1,22	1,74
9.		0,012	0,021
10.		2,86	2,84
11.		0,65	0,55
12.		12,78	12,58
13.		1,33	1,13
14.		2,06	2,07
15.		0,703	0,7
16.		0,5	0,5
17.		1,4	1,28
18.		0,92	0,92
19.		1,59	1,75
20		1	1
21.		1,49	1,33
22.		8,59	9,44

При определении первых двух слагаемых формулы

следует принимать обеспеченности скорости ветра для расчета элементов волн, наката и
нагона при форсированном (при ФПУ) и основном сочетании нагрузок и воздействий (при НПУ) и в нашем случае:

для сооружения IV класса - 4 %;

при особом сочетании нагрузок и воздействий (при ФПУ) эти обеспеченности следует принимать для сооружений IV класса - 50 %.

Величину ветрового нагона

, следует определять методом последовательных приближений по формуле:

где

-угол между продольной осью водоема и направлением

ветра, град;

- расчетная скорость ветра на высоте 2 м над поверхностью водоема,

м/с;

- длина разгона волны;

- коэффициент, зависящий

Для НПУ:

Для ФПУ:

- глубина воды в водохранилище при расчетном уровне, м;

g – ускорение свободного падения, м/с².

Рисунок 2.1  Схема к определению

а) отметки гребня плотины; б) величины α_w_,β, L

1 – расчетный статический уровень; 2 – средняя волновая линия; 3 – гребень плотины; 4 – створ плотины; 5 – продольная ось водохранилища;

6 – береговая линия