Комплексный проект «Водохранилищный гидроузел с грунтовой плотиной»

Vг= Vх.п+ Vф+Vи=30+1.93+6.45=38.4 млн.м³

Глубина воды  водохранилища  в створе строительства гидроузла  Н при полученном полном объеме водохранилища  Vполн определяется из графика.

По данным Vмо, Vполн соответственно определяют отметки НПУ и УМО.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Проектирование грунтовой плотины

3.1 Выбор типа плотины

Тип плотины выбирают исходя из инженерно-геологических, гидрогеологических, гидрологических и климатических условий, наличия тех или иных материалов вблизи створа, строительных возможностей, намечаемого состава сооружений и т.д.

Плотины в зависимости  от грунтового материала, противофильтрационных  устройств, а также способов возведения подразделяются на следующие типы: грунтовые, насыпные, грунтовые намывные, каменно- грунтовые, каменно-набросные.

В курсовом проекте будут  рассмотрены вопросы проектирования грунтовых насыпных плотин.

Различают следующие подтипы  этих плотин:

1. Плотины однородные, сооружаемые из грунта одного вида;
2. Плотины с экраном, возводимые из грунтов нескольких видов по следующему принципу: более мелкозернистые грунты располагают в верховом и более крупнозернистые в низовом клине плотины.
3. Плотины с ядром, намываемые из разнозернистого грунта с фракционированием его по поперечному профилю: в ядре- мелкозернистые фракции, в боковых призмах более крупные фракции; промежуточные фракции между ядром и боковыми призмами.

При выборе типа грунтовой  плотины дополнительно принимают  во внимание: роль противофильтрационных  устройств, недостатки и достоинства  экрана сравнительно с ядром, условия  сопряжения плотины с основанием, учитывают , например, что при возведении плотины в две или несколько очередей следует отдавать предпочтение однородной плотине или плотине с экраном и т.п.

Только с учетом всех перечисленных  условий может быть правильно  выбран тип грунтовой плотины.

2. Конструирование поперечного профиля плотины

Поперечный профиль плотины  должен иметь трапецеидальное очертание  и размеры, обеспечивающие устойчивость тела плотины и ее основание при любых возможных условиях работы сооружения. Основными элементами профиля являются: тело плотины, гребень, верховой и низовой откосы с бермами и креплением, подошва с сопрягающими элементами, дренажные и противофильтрационные устройства.

1. Откосы

Очертание профиля грунтовой  плотины зависит от грунтов, из которых  возводится плотина, типа и высоты плотины, характера грунтов, основания и  условий строительства.

При предварительном назначении заложения откосов допускается  пользоваться данными аналогичных сооружений с последующей проверкой расчета устойчивости откосов. Верховые откосы плотины всегда более пологи, чем низовые, поскольку устойчивость откоса зависит от угла внутреннего трения, который для грунтов, насыщенных водой меньше, чем для сухих.

Для высоких плотин с целью  уменьшения их объема, очертание откосов  рекомендуется принимать с переломом.

Таблица 6

Высота плотины, м	Коэффициенты откосов
	верховой, m1	низовой, m2
		без дренажа	С дренажем
5	2.0	1.5		1.5
5-10	2.5	2.0		1.5-2.0
12-15	2.5-3.0	2.5		2.0-2.5
20-30	3.0-3.5	2.5-3.0		2.0-2.5

 

2. Гребень плотины

Гребень плотины как элемент  насыпи, необходимый для придания поперечному профилю устойчивой трапецеидальной формы, одновременно может быть использован для устройства дороги. Для каждой категории дороги нормами установлена ширина земляного  полотна, включающая в себя ширину проезжей части и ширину обочин. Основные параметры земляного полотна и проезжей части автомобильных дорог в зависимости от категории и расчетной скорости движения даны в таблице.

Глухие грунтовые плотины  не допускают перелива воды через  гребень. Поэтому последний должен иметь гарантированный запас  над расчетным статическим уровнем  воды, определяемый по формуле: d=h_н+∆h+a,

где h_н- высота наката волны на откос, определяемая по формуле:

h_н=*h_в , где m₁-коэффициент заложения верхового откоса, К_ш- коэффициент, зависящий от типа покрытия откоса, табл. 7

Таблица 7

№	Тип крепления откоса	Кш
1	Сплошное непроницаемое  гладкое покрытие (асфальтобетон)	1,0
2	Бетонное покрытие	0,9
3	Мостовая (каменная кладка)	0,75-0,80
4	Наброска из крупных камней (булыжник)	0,60-0,65
5	Наброска из рваного камня	0,55
6	Наброска из массивов	0,50

 

 

 

h_н=*0.68=1.15м

h_в- высота волны, вычисляют по формуле:

h_в=0,208ω⁵/₄*L⅓, м

где ω- скорость ветра, м; L-длина разгона волны, км;

h_в=0,0208*9⁵/₄*9.4⅓=0.68м

λ-длина волны, определяем по формуле: λ=0,304ω*L½

 λ=0,304*9*9.4½=8.39м

∆h- высота ветрового нагона, определяемая по формуле:

 ∆h=К*cos α, где

К- коэффициент, принимается  равным 6*10^-3

Н- глубина водоема, м;

cos α- угол между осью водоема и направлением ветра

а- конструктивный запас, принимаемый в зависимости от класса капитальности сооружений равным 0,5-1,0 м.

∆h=6*10^-3*cos 72̊=0,0031м

 d=h_н+∆h+a =1.14+0.0031+0.5=1.64м

h=НПУ+d=13.6+1.64=15.24м                   

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Фильтрационные расчеты плотины

В грунтовых плотинах под  действием напора вода движется по порам грунта от верхнего бьефа к  нижнему.

Фильтрационными расчетами  устанавливаются положение депрессионной  кривой в теле плотины и фильтрационный расход через тело плотины при  нормальных условиях эксплуатации гидроузла, т.е при НПУ воды в верхнем и отсутствии воды в нижнем бьефе.

Найдем расход фильтрации плотины на один погонный метр ширины, м³/с по формуле:

=

К_т- коэффициент фильтрации грунта тела плотины (прил.2)=1*10^-7м/с

Н, м- глубина воды в нижнем бьефе (13.6м)

h₀- глубина воды в нижнем бьефе, (0.5м)

=(εН+d)m₁+b+(H_пл+h_д)m₂-a₀m₃+l

ε=0.3-0.4

l=0.05-0.06

y²==>y=

№	x, м	A	A*x	y
1	2
2	4
3	6
4	8
5	10
6	12

 

 

 

 

 

 

 

4. Фильтрационный расчет грунтовой плотины на водопроницаемом основании конечной глубины

Для однородной грунтовой  плотины с коэффициентами фильтрации грунта тела плотины Кт на проницаемом  основании с коэффициентом фильтрации К₀ акад. Н.Н Павловский предложил упрощенный способ определения общего удельного фильтрационного расхода q_об как сумму удельных расходов q_т через тело плотины и q₀ через основание.

Расход q_т определяется в предположении, что проницаемая плотины и непроницаемое основание, а q₀- непроницаемая плотина и проницаемое основание

q_об= q_т+ q₀

Удельный расход q₀ через проницаемое основание плотины определяем по формуле

q₀= м³/сут на 1 п.м

где n- поправочный коэффициент, определяемый в зависимости от отношения B_пл/Т.

Bпл/Т	20	5	4	3	2	1
n	1.15	1.18	1.23	1.30	1.44	1.87

 

Где Т- толщина водопроницаемого основания

В_пл=b_пл+m₁H_пл+(Н_пл-h_д)m₂+h_дm₄+b_д

Где b_д- ширина дренажа;

       h_д- высота дренажа

       m₄- коэффициент низового откоса дренажа