Водохранилищный гидроузел с грунтовой плотиной на реке Тура Свердловской области (стр. 3 из 5)
По формуле (7):
Основной случай:
м;Особый случай:
м;По формуле (5):
Основной случай:
d1 = 0,03+2,41+0,5 = 2,94 м;
Особый случай:
d2 = 0,01+1,34+1 = 2,35 м;
По формуле (3):
Основной случай:
ÑГП1 = 218,1+ 2,94 = 221,04 м;
Особый случай:
ÑГП2 = 218,85 + 2,35 = 221,2 м.
Так как отметка гребня плотины при расчёте на особый случай получилась больше, чем при расчёте на основной случай, то в качестве расчетной отметки гребня плотины принимается:
ÑГП2 = 221,2 м; высота плотины при расчетной отметке гребня плотины равна: Hпл = ÑГП2 – ÑДна = 221,2 – 108,0 = 13,2 м.
3.1.5 Откосы и бермы
Заложение откоса принимается в зависимости от высоты плотины, вида грунта тела плотины и наличия дренажа в теле плотины. Принимаем следующие значения:
Коэффициент заложения верхового откоса – m1 = 3
Коэффициент заложения низового откоса – m2 = 2
Для защиты верхового откоса от разрушающего действия атмосферных осадков, ветра, волн, льда и других факторов предусматривают крепление откосов. Крепление верхового откоса бывает основное в зоне максимальных волновых воздействий и облегчённое – ниже и выше этой зоны. Верхнюю границу основного крепления принимают на отметке гребня плотины. Нижняя граница основного крепления принимается на глубине
h = 2∙h1% ниже ÑУМО. Для защиты верхового откоса принимают следующие виды крепления:
¾ каменная наброска или отсыпка;
¾ бетонные, монолитные, железобетонные, сборные;
¾ асфальтобетонные;
¾ биологические;
Для крепления низового откоса с целью защиты его от атмосферных воздействий применяют биологическую защиту – посев трав толщиной 0,2-0,3 м и отсыпка щебня или гравия толщиной 0,2 м.
Для крепления верхового откоса применяются сборные железобетонные плиты размером 2´2 м, толщиной 10 см. При производстве работ плиты укладываются в карты толщиной 8´8 м путём омоноличивания швов.
Толщина плиты определялась по формуле:
, м, (12)где hпл – коэффициент, равный для сборных плит - 1,1;
h – высота ветровой волны, м;
l - длина волны, м;
В – размер плиты, м;
m1 – заложение верхового откоса;
g0 – объемный вес воды, равный 1 т/м3;
gпл – объемный вес бетона, равный 2,5 т/м3;
Таким образом:
м.Полученное значение δпл сравнивается с принятой толщиной плиты – 0,1 м. Так как 0,07<0,1, принимается толщина плиты, равная 0,1 м. Под плитами расположен слой песчано-гравийной подготовки толщиной 0,2 м. Затем железобетонное крепление плитами предусматривают от гребня плотины до ÑУМО не ниже 2∙h1%. Ниже этой отметки принимается облегчённое крепление из гравелисто-галечных грунтов. Если отметка конца крепления и отметка дна меньше 3 м, то дальше можно не вести облегчённое крепление.
ÑКК = ÑУМО – 2∙h1% = 213,0 – 2×0,41 = 212,18 м.
где h1% – высота волны, равная 0,41 м.
Так как разница между отметкой конца крепления, равной 212,18 м и дном реки, равной 108,00 м, не превышает 3 метров, то облегченное крепление не предусматриваем и ÑКК = ÑДна = 108,00 м.
В нижней части крепления железобетонными плитами устраивается упор в виде бетонного массива размерами 0,8´0,4 м. Для крепления низового откоса используется растительный грунт, снятый с основания плотины. Толщина покрытия – 0,2 м. Также производится посев многолетних трав. На низовом откосе могут располагаться горизонтальные площадки – бермы. Ширина их не менее 3 м. Служат для повышения устойчивости откоса. Так как максимальная высота плотины составляет 13,2 м, то бермы не предусматриваются.
3.1.6 Дренажи и обратные фильтры
Дренаж – это устройство для приема и ее организованного отвода воды, профильтровавшейся через тело и основание плотины и обладающее повышенной водопроводимостью. Также дренаж предназначен для предотвращения выхода фильтрационного потока на низовой откос и в зону, подверженную промерзанию.
Существует русловой и пойменный дренаж. Русловой дренаж устраивается в виде дренажной призмы. В дренажной призме внутренний откос m3 принимается равным 1,5, верховой откос – m4 = m2 = 2.
Глубина заложения руслового дренажа в тело плотины определяется по формуле:
, м, (13)где Hдр – высота дренажной призмы, определась по формуле:
Hдр = ÑГДП – ÑДна, м, (14)
где ÑГДП – отметка гребня дренажной призмы, м, определялась по формуле:
ÑГДП = ÑУНБ5% + 0,5, м, (15)
где ÑУНБ5% – отметка уровня воды в нижнем бьефе, м.
Для определения ÑУНБ5% использовался график зависимости расхода от уровня воды в реке Q = ¦(H). При Q5% = 29,0 м3/с ÑУНБ5% = 209,55 м.
Тогда по формуле (15):
ÑГДП = 209,55 + 0,5 = 210,05 м.
Высота дренажной призмы по формуле (14):
Hдр = ÑГДП – ÑДна = 210,05 – 108,00 = 2,05 м.
Глубина заложения руслового дренажа по формуле (13):
м.Пойменный дренаж – горизонтальный трубчатый. Выполнен из асбестоцементных перфорированных труб, диаметром 200 мм. Отводящий трубопровод – 100 мм.
Глубина заложения пойменного дренажа в тело плотины определяется по формуле:
, м, (16)где Впл – ширина плотины, м, вычисляется по формуле:
Впл = В + Нпл∙(m1 + m2), (17)
Таким образом:
Впл = 10 + 13,2∙ (3+2) = 76 м;
Тогда по формуле (16):
м.Главным недостатком дренажа является возможность возникновения фильтрационных деформаций грунта тела плотины и основания. Для борьбы с фильтрационными деформациями применяют обратные фильтры.
Обратный фильтр – это устройство, предотвращающее вымыв мелких частиц грунта. Благодаря обратным фильтрам скорость фильтрационного потока сокращается. Они оберегают дренажные системы от попадания частиц грунта. Обратный фильтр устраивается на контакте дренажа и дренируемого тела и основания плотины.
3.2 Фильтрационные расчеты
3.2.1 Задачи и методы расчета
К задачам фильтрационных расчетов можно отнести:
¾ определение общего фильтрационного расхода через тело плотины и основание;
¾ построение депрессионной поверхности фильтрационного потока;
¾ проверка общей фильтрационной прочности грунта тела плотины.
Методы, которыми решаются данные задачи:
¾ гидравлические;
¾ гидромеханические;
¾ экспериментальные методы.
В курсовом проекте в основу фильтрационных расчетов положен гидравлический метод.
3.2.2 Расчетные схемы и способы расчета
В расчетах используется гипотеза академика Н.Н.Павловского о независимости фильтрации в теле плотины и ее основании: Q = qтела + qосн.
При использовании гипотезы делается ряд допущений:
¾ рассматривается плоская схема фильтрации;
¾ водоупор принимается плоским, горизонтальным и абсолютно водонепроницаемым;
¾ грунт тела плотины и основания считается однородным и изотропным;
¾ слой воды в нижнем бьефе считается равным нулю;
¾ положение кривой депрессии не зависит от вида и фильтрационных свойств грунта тела плотины. Определяется оно положением уровней воды в бьефах и геометрическими размерами тела плотины.
Осуществляем выбор расчетной схемы. Для этого проводим ряд операций:
¾ разбиваем продольный профиль плотины на 3 части: одну русловую и две пойменные;
¾ в каждой из частей проводим сечение. Сечение I проводится в самой глубокой точки русловой части. В каждом сечении должен быть уровень воды в верхнем бьефе;
¾ составляем расчетную схему.
При расчете рассматриваем наполнение водохранилища до НПУ.
3.2.3 Депрессионная поверхность фильтрационного потока
Координаты кривой депрессии рассчитываются по формуле:
(18)Для расчета координат депрессионной кривой необходимо иметь следующие исходные данные:
Сечение I-I
¾ высота плотины в сечении:
Нпл = ÑГП – ÑДна = 221,2–108,0 =13,2 м;
¾ глубина воды в верхнем бьефе:
Н1 = ÑНПУ – ÑДна = 218,1– 208,0 = 10,1 м;
d = Hпл – H1 = 13,2 – 10,1 = 3,1 м;
¾ горизонтальная проекция депрессионной кривой:
L = d∙m1 + B + Hпл∙m2 – Sдр = 3,1∙3 + 10 + 13,2∙2 – 7,18 = 38,52 м;
Lр = ∆l + L = 4,34 + 38,52 = 42,86 м,
где ∆l = β ∙ H1 = 0,43∙10,1 = 4,34 м,
где
;¾ коэффициент фильтрации через тело плотины: Кф = 0,001 м/сут;
¾ координаты кривой депрессии, рассчитанные по формуле (18):
| x | 4,34 | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 | 35 | 40 | 42,86 |
| y | 9,57 | 9,49 | 8,83 | 8,13 | 7,35 | 6,48 | 5,48 | 4,24 | 2,45 | 0 |
Сечение II-II
¾ высота плотины в сечении:
Нпл = ÑГП – ÑДна = 221,2 – 215,2 = 6 м;
¾ глубина воды в верхнем бьефе:
Н1 = ÑНПУ – ÑДна = 218,1– 215,2 = 2,9 м;
d = Hпл – H1 = 6 – 2,9 = 3,1 м;
¾ горизонтальная проекция депрессионной кривой: