Гидротехнические сооружения

гтс.dwg

Противофильтрационная диафрагма
Подготовка из тощего бетона 0.3м
Крепление ВБ жб плиты 6
Рисберма из каменной наброски
монолитные жб плиты 6.44х12.88х0.1
обратный фильтр: песок крупнозернистый t=0.3м
песок среднезернистый
естественная поверхность грунта
Подготовка из уплотненного щебня различных фракций
Подготовка из "тощего" бетона
Продольный разрез и план по оси водосброса (1:100000000)
Поперечный профиль грунтовой плотины (1:100000000)
Компановка гидроузла
-Гребень плотины 2-Верховой откос 3-Низовой откос 4-Башня 5-Трубы водосброса 6-Дренажная призма 7-Берма
поверхность грунта после снятия растительного слоя
-песок среднезернистый
Продольный профиль по оси плотины Вид со стороны Н
Мверт 1:500 Мгор 1:10000
Компоновка сооружений;
Поперечный и продольный разрез по плотине
План и продольный разрез по водосбросу
Продольный разрез и план по оси водосброса (1:250)
Мверт 1:200 Мгор 1:5000
Рис. 2.2. Схема к расчёту положения кривой депрессии
Рис. 2.2. Схема приведения плотины с экраном к однородной
Грунтовая плотина с ядром.
-Гребень плотины 2-Верховой откос 3-Низовой откос 4-Подводящий канал 5-Водосливная плотина 6-Консольный перепад 7-Воронка размыва 8-Отводящий канал 9-Бермы 10-Дренажная призма
Поперечный профиль грунтовой плотины (1:250)
Компановка гидроузла (1:10000)

записулечка гтс.docx

Компоновка сооружений гидроузла3
Плотина из грунтовых материалов4
1. Конструирование поперечного профиля и элементов плотины: гребня берм откосов дренажа противофильтрационных устройств и др.4
1.1. Гребень плотины4
1.2. Откосы плотины5
1.3. Крепление откосов5
1.4. Дренажные устройства6
2. Фильтрационные расчеты7
3. Расчет устойчивости откосов9
3.1. Расчет устойчивости низового откоса9
Водосбросное сооружение12
1. Выбор состава и типов сооружений водосброса12
2. Гидравлические расчеты12
2.1 Расчет пропускной способности водосброса12
2.2. Расчет концевого участка14
Компоновка сооружений гидроузла
В состав гидроузла входит земляная плотина и башенный водосброс который располагается в теле плотины. В период возведения плотины башенный водосброс используется для пропуска строительных расходов.
Створ плотины выбирается с учетом топографических условий таким образом чтобы плотина имела минимальную длину а ось водосброса (перпендикулярная оси плотны) находилась в пределах русла.
Высота плотины Нпл = 163м отметка гребня – 1861 м отметка НПУ – 183 м.
Грунт основания — суглинок
Грунт тела плотины — песок среднезернистый
Ниже приведены принятые характеристики грунтов.
Песок среднезернистый
Плотность частиц грунта
Удельное сцепление (грунт естественной влажности)
Удельное сцепление (грунт насыщенный водой)
Угол внутреннего трения (естеств. влажности)
Угол внутреннего трения (насыщенного водой)
Коэффициент фильтрации
Башенный водосброс состоит из головной части — башни труб и концевого участка — водобойной плиты. В башне размещаются рабочие и ремонтные затворы сороудерживающие решетки подъемное оборудование для маневрирования затворами. Сечение башни в плане прямоугольное.
Башня размещается на прочном материковом грунте в зоне подошвы верхового откоса.
Трубы круглого сечения выполняются из монолитного железобетона. Трубы располагаются на плотном грунте основания ниже уровня подошвы плотины. . По длине трубы разрезают температурно-осадочными швами через 15 м. Толщина стенок труб – 06м
Плотина из грунтовых материалов
Тело плотины отсыпается из среднезернистого песка — основные характеристики этого грунта были приведены выше.
1. Конструирование поперечного профиля и элементов плотины: гребня берм откосов дренажа противофильтрационных устройств и др.
1.1. Гребень плотины
При устройстве по гребню плотины автодороги его размеры зависят от категории дороги. Так гребень плотины с автодорогой III категории имеет следующие размеры:
Разделительной полосы
Для отвода поверхностных вод гребню плотины придается односторонний или двусторонний уклон а на обочинах устраиваются ливнестоки.
По краям гребня устраивается ограждение в виде надолб с шагом 5 м.
Отметка гребня плотины назначается на основе расчёта необходимого возвышения его над уровнем воды в верхнем бьефе (НПУ).
Возвышение гребня плотины над НПУ:
где а - запас возвышения гребня плотины принимаемый для всех классов плотин не менее 05 м;
- ветровой нагон воды в верхнем бьефе
Здесь - угол между продольной осью водоема и направлением ветра;
- расчетная скорость ветра на высоте 10 м над поверхностью водоема мс;
L=4000 м. - длина разгона волны;
d =93 - глубина воды в ВБ при расчетном уровне м;
- коэффициент зависящий от .
Скорость ветра на высоте 10 м Vz равна 22 мс
Окончательно принимаем .
- высота наката на откос волн обеспеченностью 1% м.
Здесь - коэффициенты шероховатости и проницаемости откоса
Ksp=142 - коэффициент зависящий от заложения верхового откоса и расчетной скорости ветра .
Высота волны 1%-ной обеспеченности =145м
коэффициент зависящий от коэффициента заложения откоса и параметров расчётной волны принимается по графику
— средняя высота волны и Т- средний период волны которые зависят от безразмерных величин gtVw и gL Vw2.
t- непрерывная продолжительность действия ветра с. При отсутствии сведений принимается
t= 6 ч т. е. 21600 с.
Таким образом отметка гребня плотины:
Выбор заложения откосов плотины производится на основе опыта строительства и эксплуатации аналогичных сооружений. Для плотины высотой 163 м. предварительно принимаем коэффициенты заложения откосов: верхового — m1=4; низового — m2=3
1.3. Крепление откосов
Для предотвращения разрушения откосов плотины под действием волн течений воды льда и т. д. предусматривается их крепление.
Крепление из монолитных железобетонных плит.
В плане они имеют прямоугольную форму с соотношением сторон где bsl=04λ=04161=644м —меньшая сторона перпендикулярная к урезу воды.
Толщина монолитных железобетонных плит определяется из условия их устойчивости по формуле:
где k=011 —при закрытых швах
ρп=2500 кгм3 —плотность материала плиты.
Железобетонные плиты бетонируются по подготовке в виде однослойного обратного фильтра толщиной 40 см.
Верхней границей основного крепления является гребень плотины. Нижняя граница — на отметке заглубленной на величину под УМО.
Низовой откос защищается от разрушения атмосферными осадками посевом трав по слою растительного грунта толщиной 02 м.
1.4. Дренажные устройства
Данное устройство предназначено для
-сбора и организованного отвода профильтровавшейся через тело плотины воды в НБ
-с целью недопущения выхода фильтрационного потока на незащищённый низовой откос плотины
-с целью понижения кривой депрессии для повышения устойчивости низового откоса и предотвращения попадания кривой депрессии в зону промерзания
-с целью ускорения консолидации глинистых грунтов тела плотины и основания и тем самым уменьшения порового давления.
Любой тип дренажа состоит из 2-х частей: приёмной (в виде обратного фильтра) и отводящей.
Дренажный банкет устраивается на участках грунтовой плотины перекрывающих русло и затопляемую пойму. Его выполняют из камня путём отсыпки в воду. Превышения гребня дренажного банкета над максимальным уровнем воды в НБ принимается 2 м. Отметка гребня дренажного банкета- 225м. Максимальный УНБ определяется по «кривой расходов» так при расчетном паводковом расходе — 80 м3с УНБ —223м. Обратный фильтр состоит из двух слоёв. Грунт обратного фильтра - песок средний (первый слой толщиной 30 см) и песок крупный (второй слой толщиной 20 см). Общая толщина обратного фильтра- 50 см.
Коэффициенты заложения откосов дренажного банкета:
2. Фильтрационные расчеты
Фильтрационные расчёты грунтовых плотин выполняются с целью определения положения депрессионной кривой. Расчёт выполняется для поперечного сечения плотины в русле (максимальная высота плотины и наличие воды в НБ)
m1I=1- заложение откоса дренажной призмы соприкасающийся с телом плотины
Расчётная длина плотины:
L- расстояние от оси координат до дренажного банкета (до его начала основания)
Зависимости между координатами точки кривой депрессии (высота (hx)) и расстояние от начала координат (х):
или подставив значения:
Расчёт представлен ниже
3.1. Расчет устойчивости низового откоса
Рис. 2.3 Схема к расчёту устойчивости низового откоса
Расчет устойчивости низового откоса плотины выполняется по методу круглоцилиндрических поверхностей скольжения для основного расчетного случая соответствующего установившейся фильтрации в теле плотины когда уровень воды в BБ равен НПУ а в нижнем бьефе - максимально возможному уровню но не более 02 Нпл.
На миллиметровой бумаге в масштабе вычерчивается поперечное сечение плотины в русловой ее части наносится кривая депрессии а низовой откос с переменным заложением или при наличии на нем берм усредняется. Из середины этого откоса (точка "с") проводится вертикаль СД и линия СЕ под углом 850 к откосу. Из точек "А" и "В" как из центров очерчиваются две дуги окружности с радиусом R0 которые пересекаются в точке "0". Значение радиуса определяется как
Проведя из точки "с" дугу радиусом r = ОС2 до пересечения с линиями СД и СЕ находится многоугольник Oedba в котором располагаются центры наиболее опасных поверхностей скольжения.
Расчетная кривая скольжения радиусом R должна пересекать гребень плотины и захватывать часть основания плотины если в основании расположен нескальный грунт. В случае скального грунта основания кривая скольжения должна касаться его поверхности.
Выделенная призма обрушения разбивается на "n" отсеков шириной b = 01 R(R=41м). Разбивку на отсеки начинают с нулевого середина которого располагается на вертикали проходящей через центр кривой скольжения.
Коэффициент запаса устойчивости низового откоса определяется по формуле:
i - угол между вертикалью и линией соединяющей центр
кривой скольжения с серединой
ci - удельное сцепление грунта i-го отсека по линия кривой скольжения
В общем случае если в пределах рассматриваемого отсека проходит кривая депрессии а над отсеком имеется столб воды вес его определяется по формуле:
Gi = (i + нiт.п. + + hi) bi
где - высота части отсека от линии откоса до кривой депрессии измеренная по его середине;
- высота части отсека насыщенного водой (от подошвы плотины до кривой депрессии);
- высота части отсека от кривой скольжения до подошвы плотины;
- удельный вес грунта естественной влажности и грунта тела плотины и основания насыщенного водой ;
- удельный вес воды.
Взвешивающее давление определяется по формуле:
Расчет удобно вести в табличной форме:
Расчет устойчивости низового откоса
В связи с тем что минимальный расчётный коэффициент устойчивости откоса равен 187 а рекомендуемый СНиПом равен (для V класса капитальности сооружения) 110 то устойчивость низового откоса грунтовой плотины обеспечена.
Водосбросное сооружение
В состав гидроузла входит башенный водосброс. Он состоит из головной части (башни) нескольких труб и концевого участка.
1. Выбор состава и типов сооружений водосброса
Башенный водосброс состоит из головной части — башни труб и концевого участка — отводящего канала. В башне размещаются рабочие и ремонтные затворы сороудерживающие решетки подъемное оборудование для маневрирования затворами. Сечение башни в плане прямоугольное.
Трубы круглого сечения выполняются из монолитного железобетона. Трубы располагаются на плотном грунте основания на уровне подошвы плотины. По длине они разрезаются температурно-осадочными швами на секции длиной 15м. Швы уплотняются шпонками для борьбы с контактной фильтрацией вдоль трубы в местах стыков секций устанавливаются противофильтрационные ребра.
2. Гидравлические расчеты
2.1 Расчет пропускной способности водосброса
Расчетный расход Q=110м3c; Поверочный расход Q=145м3с
Пропускная способность напорных башенных водосбросов определяется по формуле:
где w - площадь выходного поперечного сечения трубы;
- коэффициент расхода;
g - ускорение свободного падения;
Нq=115 м.(НПУ-183) - действующий напор;
Коэффициент расхода напорного башенного водосброса
где - сумма коэффициентов сопротивлений местных и по длине:
- на вход (коэффициент сопротивления вх = 023)
- в пазах плоских затворов при относительной ширине паза при bп b =0625=024 > 02 п = 01. Здесь b - ширина водосбросного отверстия на участке размещения затворов bп - ширина паза. Для двух и более последовательно расположенных пазов затворов коэффициенты сопротивлений следует суммировать п = 01+01=02.
- на сороудерживающей решетке
р = ( )43sin =179(00101)43sin90о=008
где s = 001 м. - толщина стержня решетки;
bc= 01м. - величина просвета между стержнями;
- коэффициент зависящий от формы стержней ( при круглой форме стержней = 179);
=90о - угол наклона решетки к горизонту.
Коэффициент сопротивления по длине
- гидравлический радиус;
= – площадь сечения трубы
=*d=3.14*1.4=471м - смоченный периметр;
Коэффициент расхода:
Пропускная способность одной трубы в напорном режиме:
Количество труб определяется из условия:
Определив количество труб и их размер необходимо проверить пропуск расчетного паводкового расхода через эти трубы где Нq=117 м (при ФПУ=184м м):
Пропускная способность всего водосброса:
меньше расчетного паводкового расхода .
Поэтому окончательно принимаем n=9 по 15м.
2.2. Расчет концевого участка
Ширина концевого участка b составляет 295 м т.е. суммируются ширины труб и расстояния между ними.
Критическая глубина :
– удельный расход на водобое; - ширина потока в сжатом сечении
В качестве первой сопряженной глубины принимаем 075 глубины воды в трубах (высота трубы равная 15 м) h’=1125 м
Тогда вторая сопряжённая глубина:
В связи с тем что вторая сопряженная глубина меньше чем глубина воды в нижнем бьефе(111517) то гасители кинетической энергии не требуются.
Так как вторая сопряженная глубина меньше чем первая нет возможности рассчитать длину водобоя поэтому размеры водобоя принимаем конструктивно на основе реализованных проектов.
Богославчик П.М. Круглов Г.Г Гидротехнические сооружения: учебно-метод. пособие для студентов спец. Т.19.06- “Водоснабжение водоотведение очистка природных и сточных вод”.-Мн.: БГПА1999.- 74с.
Богославчик П.М. Круглов Г.Г Гидротехнические сооружения. Методическое пособие для студентов спец. 70 04 03 “Водоснабжение водоотведение очистка природных и сточных вод” (Издание 2-е исправленное и дополненное).-Мн.: УП “Техинторг”2002.- с.
Гидротехнические сооружения: Справочник проектировщика Под ред. В. П. Недриги.- М.: Стройиздат 1983.