Плотина

Основные сооружения гидроузла.dwg

План секций водосливной плотины М 1:400
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение "Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет
Кафедра "Гидравлики и водотехнического строительства
Проектирование плотины
Разрез 1-1 (М 1:2000)
Разрез 2-2 (М 1:400)
Разрез 3-3 (М 1:400)
План секций водосливной плотины (М 1:400)
Условные обозначения
Водобойная плита 13. Гаситель 14. Дренажный колодец 15. Горизонтальный участок рисбермы 16. Наклонный участок рисбермы 17. Жб понур 18. Дорога 19. Рельсы козлового крана 20. Затвор 21. Каменная наброска 22. Струенаправляющая дамба
Земляная плотина 2. Гребень 3. Берма 4. Одерновка 5. Жб плиты =0
м 6. Обратный фильтр =0
м 7. Камень 8. Бетонная водосливная плотина 9. Быки 10. Галерея 11. Дренаж
Песок средней крупности
Депрессионная кривая
Условные обозначения: 1-Бетонная водосливная плотина 2-Земляная плотина 3-Ковш 4-Подводной канал 5-Отводной канал
Бетонная водосливная

Основные сооружения гидроузла.ПЗ.docx

Министерство образования и науки РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра «Гидравлики и гидротехнического строительства»
«Гидротехнические и природоохранные сооружения. Гидротехническое строительство»
Тема: «Проектирование основных сооружений гидроузла»
Глава I. «Грунтовая плотина».
1Выбор типа и профиля плотины.
Грунтовые плотины наиболее распространенный тип плотин что объясняется возможностью полной механизации технологического процесса возведения плотины от разработки грунта в карьере до укладки его в тело плотины.
Для возведения тела плотины могут использоваться любые материалы находящиеся в ближайшем карьере. К грунтовым плотинам применяются меньшие требования по деформативности нежели к другим типам плотин.
Исходя из геологических условий створа плотины в основании которой залегает песок средней крупности и мелкой крупности наличия местного строительного материала – песка средней крупности и мелкой крупности то принимаем– земляную плотину с ядром.
Для возведения плотины необходима доставка сортированного камня для устройства наслойного дренажа в нижнем бьефе и низовой перемычки.
Заложение откосов плотины: назначается из интервала для песчаных плотин .
2Определение отметки гребня и расчет крепления верхового откоса.
Для сооружений второго класса и уровне верхнего бьефа на отметке НПУ производится расчет для шторма 1% обеспеченности.
Расчетная скорость ветра составляет .
Заложение верхового откоса .
НПУ составляет 11 м.
Расчетная длина водохранилища в направлении действующих ветров L=064 км.
)Определение параметров расчетного шторма
- средняя высота волны.
= 0173 Vв = 0173 27 = 037 м
= 037 Vв = 037 27 = 799м
)Определение высоты наката волны
- коэффициент выражающий высоту наката в долях от высоты волны;
- коэффициент учитывающий шероховатость откоса;
- коэффициент учитывающий водопроницаемость откоса;
- коэффициент учитывающий влияние ветра на накат.
hн = 125 1 09 15 078 =13162 м=132м
)Выбор типа крепления откоса
Крепление откоса на грунтовой плотине принимается железобетонное т.к. каменное невозможно устроить из-за отсутствия в районе строительства камня любого размера.
Определим толщину жб плиты при:
- коэффициент запаса;
не удовлетворяет условиям прочности необходимо увеличить толщину плиты
Принимаем отметку верха крепления плотины равной 67 м.
3Расчет фильтрации через ядро грунтовой плотины.
)Построение депрессионной кривой
н = +2mя(НВБ+1) = 3+2025(11+1) = 9
ср = (+н)2 = (3+9)2 = 6
4Расчет фильтрации через основание грунтовой плотины.
Цель расчетов: определить фильтрационный расход проверить фильтрационную прочность.
где - коэффициент надежности для 4 класса сооружений
- допустимый градиент для песка средней крупности.
-средний градиент определяющийся по формуле:
Тф- расчетная глубина до водоупора принимаемая:
Проверка фильтрационной прочности:
Условие выполняется значит дополнительные фильтрационные мероприятия не требуются.
Удельный фильтрационный расход через основание:
Фильтрационный расход через основание:
5Расчет устойчивости откосов грунтовой плотины.
)Определить численное значение запаса устойчивости откоса -
)Определить наибольшую опасную поверхность скольжения.
Расчет производим по методу круглоцилиндрических поверхностей скольжения (способ Терцаги).
)Поверхность скольжения – круглоцилиндрическая.
)Принимается гипотеза «отвердевшего» массива обрушения поэтому принимаем и .
)Массив обрушения находится в состоянии предельного равновесия .
Условие устойчивости:
где - коэффициент устойчивости откоса;
- вес погонного метра отсека;
- взвешивающее противодавление;
- удельное сцепление отсека;
- угол внутреннего трения отсека;
- длина подошвы отсека.
- коэффициент запаса по классам;
- коэффициент сочетания нагрузок;
- коэффициент условия работы.
Массив обрушения необходимо разбить на вертикальные отсеки одинаковой ширины каждый отсек пронумеровать а также провести в нем центральную линию:
Получили 15 отсеков с шириной равной 3952 м
Вывод: Так как устойчивость откосов обеспечена.
Глава II. «Бетонная водосливная плотина»
1. Выбор удельного расхода на рисберме
Первый способ. По допустимым скоростям по рисберме.
где vдоп=3 м2с зависит от типа грунта слагающего русло hб=6 м - глубина реки.
Второй способ. По неразмывающим скоростям в яме разрыва.
где =12 коэффициент учитывающий неравномерность удельных расходов.
-неразмывающая скорость для грунта который залегает на дне ямы размыва где dср- средний диаметр частиц грунта
Принимаем dср=00001 м
где – минимальная глубина ковша для глинистых грунтов принимаемая:
2. Проектирование водосливного фронта
Полученная ширина рисбермы отличается менее чем на 10% от принятой ранее.
3. Определение отметки порога водослива
Отметка порога водослива назначается такой чтобы при создаваемом напоре на пороге Н был возможен пропуск расчетного паводка при НПУ. Для этого используется универсальная формула расхода водослива:
где - коэффициент расхода водослива;
- коэффициенты учитывающие влияние на пропускную способность водослива соответственно бокового сжатия и подтопления;
- напор на пороге водослива с учетом скорости подхода .
В первом приближении принимаем:
– коэффициент учитывающий боковое сжатие потока.
– коэф учитывающий подтопление водослива.
Во втором приближении принимаем:
В третьем приближении принимаем:
4. Расчет сопряжения потока с НБ для конечного случая
При проектировании необходимо решить вопрос о сопряжении бьефов. На водосливных плотинах сопряжение осуществляется в виде гидравлического прыжка. Гидравлический прыжок – резкий переход потока из бурного состояния в спокойное. Прыжок должен находиться в затопленном состоянии при любых пропускаемых через водосброс расходах.
С целью не допустить отгона гидравлического прыжка наращивание сбрасываемых расходов вдоль всего водосливного фронта производят постепенно производя маневрирование затворами. Оно заключается в постепенном открытии затворов по ширине и высоте.
Расход через один пролет:
)Определяем сжатую глубину:
T – полный запас потенциальной энергии потока.
– общая энергия потока
В первом приближении принимаем
Во втором приближении принимаем
В третьем приближении принимаем
)Скорость в сжатом сечении:
) Число Фруда в сжатом сечении:
) Определяем раздельную глубину:
=6м – глубина воды в реке.
– коэф. эффективности работы гасителей.
)Т.к. – гидравлический прыжок не затоплен. Необходимо предусмотреть водобойные устройства.
)Т.к. – водобойный колодец не нужен.
6. Проектирование элементов крепления русла
6.1. Конструирование водобойной плиты:
Длина водобойной плиты назначается по длине гидравлического прыжка.
Конструирование ковша:
Глубина ковша назначается по глубине возможной ямы размыва.
Глубину ковша можно немного уменьшить за счет устройства на его дне склада камня.
На дне устраиваем склад из камня для уменьшения глубины ковша.
6.3. Конструирование рисбермы:
Общая длина рисбермы принимается равной примерно (34) длины прыжка.
Длина горизонтального участка рисбермы выбирается наибольшей из:
7. Конструирование водосливной плотины
7.1 Конструирование профиля водослива
Для водослива практического профиля при построении используются координаты Офицерова-Кригера. Для построения профиля необходимо умножить эти координаты на значение напора на пороге водослива. При построении необходимо учесть устройство на пороге горизонтальной вставки
Координаты Офицерова-Кригера:
Построение профиля осуществляется до тех пор пока:
где P=Hвб-Н=11-44=66 м
С поверхностью водобоя профиль сопрягается по окружности радиус которой назначается из гидравлических условий: .
По конструктивным соображениям .
7.2 Конструирование водосливного порога
На пороге водослива размещаются затворы. Обычно их два – рабочий и аварийно-ремонтный. Между затворами по технологическим причинам должно быть пространство шириной не менее 1м.
В данном проекте оба затвора размещаются на водосливном пороге; в этом случае требуется устройство горизонтальной вставки .
7.3 Конструирование фундаментной плиты
Подошва сооружения обычно назначается на одном уровне с подошвой водобойной плиты. Но она может быть заглублена и больше чтобы расположить фундамент на более плотном грунте и уменьшить осадки сооружения.
Ширины подошвы назначается из условий обеспечения несущей способности основания а также уменьшения величин осадок и их неравномерности. Предварительно ширина подошвы сооружения назначается не менее его высоты:
Ширина фундамента () должна быть высоте плотины (
7.4 Выбор профиля быков
Отметку верха быков назначают такой же как отметку гребня грунтовой плотины:
Ширину быков на гребне выбирают таким образом чтобы разместить балки для путей козлового крана и мост для дороги.
7.5 Конструирование верхнего строения
Если через гидроузел проходят транспортные коммуникации необходимо на быках создать место для пролетного строения их мостов. Ширина проезжей части автомобильной дороги принимаем 8м. С обеих сторон проезжей части устраивается тротуар шириной не менее 1м.
8 Проектирование подземного контура и фильтрационные расчеты
8.1 Выбор схемы подземного контура
Подземный контур проектируется так чтобы:
)Уменьшить фильтрационное противодавление на подошву плотины;
)Обеспечить фильтрационную прочность грунтового основания;
)Уменьшить фильтрационный расход.
Подземный контур включает в себя: флютбет плотины дренаж горизонтальные противофильтрационные элементы (понур) вертикальные противофильтрационные преграды (шпунты зубья завесы стены в грунте).
8.2 Конструирование понура
Длину понура принимаем конструктивно 175 м.
8.3 Конструирование дренажных устройств
Дренаж является наиболее действенной мерой по уменьшению фильтрационного противодавления на сооружение.
В состав дренажной системы с горизонтальным дренажом входят: дренажный слой обратный фильтр и система сбора воды (принудительная). Применение этой системы забора воды требует устройства в плотине потерны для размещения насосного оборудования размерами не менее .
8.4 Проверка фильтрационной прочности
После конструирования подземного контура СНиП рекомендует проверить его на возможность нарушения фильтрационной прочности грунта основания.
Критерием проверки является условие: где
- допустимый градиент для песка средней крупности
- осредненный градиент
L = 432 м- длина пути фильтрации вдоль подземного контура
- фильтрационный напор
= НПУ - УНБмин=65-545=105м
УНБмин определяем по батиграфической кривой:
Условие фильтрационной прочности выполняется.
8.5 Определение фильтрационного противодавления на подземный контур
Расчет будем вести приближенным гидравлическим методом который называется «метод сопряженной контурной линии». Этот метод основан на предположении что движение воды вдоль всего подземного контура происходит с одинаковой скоростью.
В данном случае используется понятие глубины активной зоны фильтрации:
длина горизонтальной проекции подземного контура
глубина водонепроницаемой части подземного контура
8.6 Определение фильтрационного расхода
Целью расчета является определение полного фильтрационного расхода под подошвой плотины:
- расчетная глубина до водоупора
9 Статические расчеты секций водосливной плотины
Статические расчеты позволяют проверить обеспечивается ли работоспособность выбранного профиля плотины по двум группам предельных состояний:
)По потере несущей способности основания и устойчивости сооружения;
)По недопустимым осадкам и смещениям.
9.1 Определение нагрузок на сооружение
При определении нагрузок надлежит учитывать следующие виды нагрузок:
Вес бетона пролетов водосливной плотины и быков;
Вес воды на водосливе;
Гидростатическое давление на верхнем и нижнем бьефах;
Взвешивающее и фильтрационное противодавление на подошву плотины;
Активное давление грунта.
2 Расчет устойчивости плотины на плоский сдвиг:
=11 – коэф. надежности
=1 – коэф. сочетания нагрузок
=1 – коэф. условий работы
– Расчетное значение силы предельного сопротивления сдвигу.
Вывод: условие выполняется следовательно нормативный запас устойчивости обеспечен.
3 Расчет контактных напряжений:
Метод сопротивления материалов:
Формула внецентренного сжатия
A – площадь поперечного сечения
G – нормальное напряжение
M – изгибающий момент
W – момент сопротивления сечения
A=Bф Вс= 2112 = 252 м2
N =5463МН M = -4833МНм
Условие соблюдается следовательно осадки равномерны.
Список используемой литературы:
)СНиП 2.06.01-86. Гидротехнические сооружения. Основные положения проектирования Госстрой СССР. – М.: ЦИТП Госстроя СССР 1989. -32 с.
)Гидротехнические сооружения: Учебник для вузов. В 2-х т. Т1 Под ред. Л.Н. Рассказова. – М.: АСВ 2008. – 576 с. ил.
)Гидравлические расчеты водосбросных гидротехнических сооружений: Справочное пособие. – М.: Энергоатомиздат 1988. - 624 с. ил.
)Справочник по гидравлическим расчетам Под ред. П.Г. Киселева. – М.: Энергия 1974.
)Штеренхилт Д.В. Гидравлика: Учебник для вузов – М.: Энергоатомиздат 1984. - 640 с. ил.
)СНиП 2.06.06-85. Плотины бетонные и железобетонные Госстрой СССР. – М.: ЦИТП Госстроя СССР 1986. -40 с.
)СНиП 2.02.02-85. Основания гидротехнических сооружений Госстрой СССР. – М.: ЦИТП Госстроя СССР 1986. -48 с.
)СНиП 2.06.04-82*. Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения ( волновые ледовые и от судов) Госстрой СССР. – М.: ЦИТП Госстроя СССР 1986. -40 с.
)СНиП 2.06.05-84. Плотины из грунтовых материалов Госстрой СССР. – М.: АПП ЦИТП 1991. - 56 с.
) Гидротехнические сооружения: Справочник проектировщика Под ред. В.П. Недриги.- М.: Стройиздат 1985.
) Гольдин А.Л. Рассказов Л.Н. Проектирование грунтовых плотин. – М.: зд-во АСВ 2001 – 384 с.