Головной гидроузел с каменно-земляной плотиной и водосбросным сооружением (стр. 12 из 15)

Рис.1.3 Плотина симметричного профиля высотой 100 м из особо тощего УБ с железобетонным экраном (предложение П. Лонде)

3.3 Определение отметки гребня плотины из укатанного бетона

Отметку гребня плотины следует назначать на основе расчета возвышения гребня (h_s) над расчетным уровнем воды. Отметку гребня плотины (

Гр) следует определять для двух случаев стояния уровня воды в верхнем бьефе (ВБ):

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

Гр = НПУ + h_s=1180+1,8=1181,8(6.1)

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

Гр = ФПУ + h_s= 1190+1,8 = 1191,8(6.2)

Из двух полученных результатов расчета выбирают более высокую отметку гребня плотины.

Возвышение гребня плотины h_s, в обоих случаях (Рис.6.4) определяется по формуле:

h_s =Dh_set + h_{run 1%} + a =0,008+1,30+0,5=1,8 (6.3)

где Dh_set - ветровой нагон воды в ВБ;

h_{run 1% -} высота наката ветровых волн обеспеченностью 1%;

а - запас возвышения гребня плотины.

Рис. 1.4. Схема определения отметки гребня грунтовой плотины: а) без парапета; б) с парапетом; 1 - расчетный уровень при НПУ и ФПУ; 2 - парапет: 3 - объем экономии грунта.

При определении первых двух слагаемых формулы (6.3) следует принимать обеспеченности скорости ветра для расчета элементов волн, наката и нагона при основном сочетании нагрузок и воздействий (при НПУ) по СНиП 2.06.04-82*: для плотин I, II класса - 2% и III, IV класса - 4%. При особом сочетании нагрузок и воздействий (при ФПУ) эти обеспеченности следует принимать для сооружений I - II классов 20%, для III класса - 30%, для IV класса - 50%. Запас а для всех классов плотин принимают не менее 0,5 м.

При определении высоты наката волн на гидросооружения обеспеченность волн в этой системе принимают равной 1%.

В сейсмических районах к h_sприбавляют высоту гравитационной волны

h_g=0,4 + 0,76 (J-6) = 0,4 + 0,76 (8,5-6) =2,3

НПУ + h_g =1180+2,3=1182,3

где J - интенсивность землетрясения (J= 8,5 баллов)

Отметку гребня плотины принимают с учетом строительного подъема, назначаемого сверх определенного по формуле (3-3) возвышения h_s. Величину строительного подъема определяют по расчетной строительной осадке гребня.

При наличии на гребне плотины сплошного парапета, рассчитанного на воздействие волн, возвышение его верха над уровнем ВБ следует принимать не ниже значений, полученных, по формуле (3-3). Возвышение гребня плотины в этом случае назначают на 0,3 м над НПУ или на отметке ФПУ, причем принимают наибольшую из них. Парапет уменьшает объем насыпи (Рис.6.4, б),но появляются затраты на железобетон парапета.

Высота ветрового нагона определяется по формуле:

Dh_set= K_wV_w²Lcosa_w/gH,= 25²х0,0000025х3000хcos (0) /9,81х60=0,008 м (6.4)

где a_w - угол между направлением господствующего (расчетного) ветра и продольной осью водохранилища, град.; L - длина разгона волны по направлению господствующих ветров, м; V_w- расчетная скорость ветра на высоте 10 м над НПУ, м/с; H - условная расчетная глубина воды в водохранилище, м; g = 9,81 м/с²; K - безразмерный коэффициент, зависящий от скорости ветра V_wпо формуле:

K = 3 (1+0,3V_w) 10⁷=25,5х10⁷=0,00000255 (6.5)

При определении элементов ветровых волн водоемы делят на отдельные зоны. В ВБ обычно имеют место глубоководная зона (

), где дно не влияет на основные характеристики волн, или мелководная зона ( ), в которой дно оказывает влияние на развитие волн и их основные характеристики (H₁ - расчетная глубина воды; - средняя длина волны в глубоководной зоне; Н_кр - критическая глубина воды, при которой происходит первое обрушение волн).

Высоту наката на откос волн обеспеченностью 1% по накату (h_{run 1%}, м) для волн 1% обеспеченности (h_1%) при глубине воды перед сооружением H₁

2h_1%определяют по формуле:

=1х0,9х1,4х1,7х1,6х0,38=1,30 (6.6)

где значения высоты бегущей волны обеспеченностью 1% (h_1%) и коэффициентов К_r, К_p, K_spи K_run определяются либо по номограммам и таблицам СНиП 2.06.04-82* [2] с погрешностью до 10%, либо точнее по нижеследующим зависимостям, полученным на основе обработки этих номограмм и таблиц. Это позволяет избежать ошибок при интерполяции данных номограмм и таблиц и проанализировать влияние отдельных факторов на высоту наката.

Для нахождения высоты волны обеспеченностью 1% (h_1%) следует знать среднюю высоту

, средний период Т и среднюю длину волн в глубоководной или мелководной зоне.

В глубоководной зоне указанные параметры волн находятся по следующим новым расчетным зависимостям:

средняя высота волны. (h_d, м)

(6.7)

где

находится по зависимости:

(6.8)

в которой параметр А равен меньшему значению из величин (L/V_w) или (0,5 t); V_w - расчетная скорость ветра, м/с; g - ускорение свободного падения, м/с²; L - расчетная длина разгона волн, м; t - продолжительность действия ветра, принимаемая для предварительных расчетов t= 21600 с.

средний период волны (Т, с)

(6.9)

где

= (6.10)

средняя длина волны (

, м)

(6.11)

В расчетах устойчивостии прочности креплений откосов из бетонных плит и каменной наброски расчетная обеспеченность i% высоты волн равна, соответственно, 1 и 2%, а при определении наката волн i=1%.

Высота волны 1% обеспеченности в глубоководной зоне равна:

(6.12)

где К_i - коэффициент, определяемый по следующей формуле:

(6.13)

в которой i - принятая обеспеченность,%; L - длина разгона волны, м; а - показатель степени равный:

приi

1 а= 0,14 (1 + 0,01i); (6.14)

приi<1 a=0,14i^0.25; (6.15)

Высота волны 1% обеспеченности в глубоководной зоне (h_d1%) будет равна:

(6.16)

где K_1% находится по формулам (6.13 - 6.16) при i= l, т.е.

(6.17)

В формуле (6.17) К_r и К_p - коэффициенты шероховатости и проницаемости откоса, зависящие от типа крепления, могут быть определены по следующим зависимостям:

(6.18)

где r - средний размер шероховатости, м (средняя крупность материала крепления или средний размер бетонных блоков). В формуле (6.18) при значениях r/h_d1%

0,002 и r/h_d1%

0,2, соответственно, следует принимать К_r = 1 и К_p = 0,9.

К_p = (0,9 - r/h_d1%) К_r (6.19)

в которой при значениях выражения (0,9-r/h_{d 1%}) <0,7 следует принимать (0,9 - r/h_d1%) = 0,7; К_r - определяется по (6.18).