Плотина из грунтовых материалов

>, или                                                                            (3.5)

>                                                                                    (3.6)

> м,

> м.

Принимаем отметку гребня при ФПУ:> м.

Высота плотины  - III класс плотины.

3.4 Крепление откосов

Откосы земляных плотин следует  защищать специальными креплениями, рассчитанными  на воздействие волн, льда, течений  воды, изменения уровня воды, атмосферных  осадков, ветра, прочих климатических  и других разрушающих откос факторов.

Для защиты верхового откоса применяются  следующие виды крепления:

- каменные;

- железобетонные  и бетонные плиты;

- асфальтобетонные;

- биологические.

Крепления верхового откосов делятся  на основные, расположенные в зоне максимальных волновых и ледовых  воздействий, возникающих в эксплуатационный период, и облегченные - ниже основного  крепления.

Верхней границей основного крепления  следует считать отметку гребня плотины. В случае же значительного  возвышения гребня над расчетным  уровнем воды основное крепление  следует заканчивать  ниже гребня на отметке высоты наката h_run; далее до гребня доводят облегченное крепление. Нижнюю границу основного крепления следует назначать, считая от минимального уровня сработки водохранилища, на глубине:

  h = 2h_1%                (3.7)

 При этом нижняя граница  основного крепления должна быть  ниже минимального уровня сработки не ниже, чем на 1,5t, где t – расчетная толщина ледового покрова (принимаем 0,3 м).

В качестве основного крепления  принимаются монолитные железобетонные плиты 5*5*0,2. Швы между плитами  закрытые водонепроницаемые. Упор основного  крепления принимаем в виде железобетонного  бруса заглубленного в грунт  на 0,8 м. и шириной 0,6 м. Под упор укладывается подготовка, толщиной 15 см. Нижний ряд  основного крепления соединяется  с упором жесткими связями.

В качестве облегченного крепления  принимается один слой разнозернистого  щебня, толщиной 30 см.

 Крепление низового откоса  следует принимать в зависимости  от материала, из которого возведена  низовая призма плотины, с целью  защиты ее от атмосферных воздействий  и разрушения землеройными животными.  Принимается облегченное крепление  многолетних трав по растительному  слою грунта, толщиной 0,3 м. 

Рисунок 5 – Крепление верхового откоса

3.5 Дренажные устройства

Устройство дренажа тела земляной плотины следует проектировать  с целью:

а) организованного отвода воды, фильтрующейся  через тело и основание плотины  в нижний бьеф;

б) для предотвращения выхода фильтрационного  потока на низовой откос и в  зону, подверженную промерзанию;

в) для экономически обоснованного  снижения депрессионной поверхности  для повышения устойчивости низового откоса (внутренний дренаж);

г) для повышения устойчивости верхового  откоса при быстрой сработке водохранилища, а также для снятия порового давления, возникающего при сейсмических воздействиях;

д) для отвода воды, профильтровавшейся через ядро.

В русловой части плотины будем  применять комбинированный дренаж  (каменный банкет с наслонным дренажом).  В частях плотины перекрывающих незатопленную пойму применяем трубчатый дренаж.

Дренажный банкет (рис.6) следует выполнять, как правило, на русловых участках плотины при ее возведении без перемычек и при перекрытии реки отсыпкой камня в воду. Превышение гребня дренажного банкета h_s ( при отсутствии наслонного дренажа) над строительным уровнем определяем с запасом на максимальное волнение – 0,5 м. Ширину банкета поверху B_б назначаем из условий производства работ – 3 м. Заложение откосов банкета принимаем верхового - 1:1,5,низового – 1:2. При сопряжении тела плотины с дренажным банкетом обеспечиваем фильтрационную прочность сопряжения за счет устройства обратного фильтра по внутреннему откосу банкета. Гребень дренажного банкета (↓Гр_б) защищаем от засорения поверхностными стоками. Так как в основании мелкозернистый грунт, под дренажным банкетом надо предусматривать горизонтальный обратный фильтр толщиной 0,85 м.

Наслонный дренаж выполняем на участках плотины, перекрывающих затопляемую пойму. Толщину наслонного дренажа с обратным фильтром назначаем из условий производства работ,но не менее:

                                                                                      (3.8)

где - диаметр частиц, масса которых вместе с массой более мелких фракций составляет 85 % массы грунта всего дренажного слоя;

- толщина обратного фильтра.

.     

Материал наслонного дренажа сопрягается с материалом обратного фильтра и защищает низовой откос от волнового воздействия в нижнем бьефе. Превышение гребня наслонного дренажа h_s над максимальным уровнем нижнего бьефа принимаем с учетом высоты выклинивания фильтрационного потока на низовой откос плотины и глубины промерзания – 2,7 м.

Каменный банкет принимается с  отметкой гребня:

>ГрБ=>СУ+0,5 м;                                                                    

>ГрБ=43,5+0,5=44,0 м.

Наслонный дренаж принимается с отметкой гребня:

>ГР_{насл.дрен.} = >СВУНБ + 2,7 м;

>ГР_{насл.дрен.} =44,5+2,7=47,2 м.

Рисунок 6 – Дренажные устройства

На участках плотины, перекрывающих незатопляемую пойму проектируем трубчатый дренаж.

3.6 Прогноз  зернового состава и расчет границ зон фракционирования грунта в намывных плотинах

В данном случае проектируется однородная насыпная плотина, поэтому прогноз  зернового состава и расчет зон  фракционирования грунта не производится. 

 

 

Рисунок 7 – Профили русловой и пойменной части земляной плотины

 

4  Расчеты плотины

При проектировании плотин из грунтовых  материалов следует проводить следующие  расчеты [4, п. 5.1]:

а) фильтрационные;

б) фильтрационной прочности;

в) обратных фильтров, дренажей и переходных слоев;

г) устойчивости откосов, экрана и защитного слоя.

4.1. Фильтрационные расчеты плотины

Фильтрационные расчеты тела плотины, основания и берегов следует  выполнять для [4, п. 5.3]:

а) определения фильтрационной прочности  тела плотины, ее основания и берегов;

б) расчета устойчивости откосов  плотины и берегов;

в) обоснования наиболее рациональных и экономичных форм, размеров и  конструкций плотины, ее противофильтрационных  и дренажных устройств.

Фильтрационными расчетами (а также  исследованиями) надлежит определять следующие параметры фильтрационного  потока [4, п. 5.4]:

а) положение поверхности фильтрационного  потока (депрессионной поверхности) в теле плотины и берегах;

б) фильтрационный расход воды через  тело плотины, основание и берега;

в) напоры (или градиенты напора) фильтрационного потока в теле плотины, основании, а также в местах выхода фильтрационного потока в дренаж, в нижний бьеф за подошвой низового откоса, в местах контакта грунтов с различными характеристиками и на границах противофильтрационных устройств.

4.1.1. Расчетные случаи и схемы

В соответствии с требованиями СНиП 33-01-2003 воздействие фильтрующейся воды определятся для двух расчетных случаев расхода - основного и поверочного.

Указанное воздействие, соответствующее  пропуску расхода воды основного  расчетного случая, определяют при  НПУ в верхнем бьефе. Его следует  учитывать в составе основного  сочетания нагрузок и воздействий. Воздействие фильтрующейся воды, соответствующее пропуску расхода  воды поверочного расчетного случая, определяется при ФПУ в верхнем  бьефе и учитывается в составе  основного сочетания нагрузок и  воздействий.

В данном курсовом проекте фильтрационные расчеты выполняются для руслового  сечения плотины для двух расчетных случаев:

1. Основной – в верхнем бьефе  - НПУ, в нижнем бьефе – СНУНБ (максимальный напор на плотину).
2. Особый – В верхнем бьефе ФПУ, в нижнем бьефе – СВУНБ.

4.1.2. Положение поверхности фильтрационного потока в теле плотины

Положение кривой депрессии определяем аналитическим способом для расчетной  схемы [6, стр. 125] – плотина однородная на водопроницаемом основании конечной мощности ( < .

Выбор той или иной расчетной  схемы зависит от инженерно-геологических  условий основания, строения тела плотины  и свойств слагающего его грунта. При выборе схемы руководствуемся следующими соображениями:

 грунт основания считается  водоупором, если выполняется условие

,                                                                                          (4.1)

где и - коэффициенты фильтрации грунтов тела и снования плотины, соответственно.

=0,00864 м/сут;

=0,864 м/сут.

 - условие не выполняется, грунт основания не считается водоупором.

Определение положения кривой депрессии  с использованием расчетных схем [6, стр. 125] сводится к вычислению ординат этой кривой при задаваемых значениях абсциссы. Расчет удобно вести в табличной форме.

1. Основной расчетный случай – НПУ и СНУНБ.

Расчет ведем по схеме №12:

,                                                           (4.2)

где ;

      ;

      ;

      ;

      ;

      ;

       .

м²/сут

 

Ординаты кривой депрессии:

а) между сечением 1-1 и дренажом

,                                                          (4.3)

где      

x	56,3
hx	2,81

 

 

 

б) между сечением 1-1 и осью ординат

                                           (4.4)

x	10	20	30	40	50
hx	10,52	8,92	7,30	5,66	4,04

 

 

2. Особый расчетный случай – ФПУ и СВУНБ.

Расчет ведем по схеме №13:

Значения  и определяют подбором из уравнений

,                                               (4.5)

где ;

      ;

      ;

      ;

      ;

      ;

       .

Решая совместно два уравнения  получаем значения:

 

м²/сут

Ординаты кривой депрессии:

,           (4.6)

x	10	20	30	40
hx	11,62	9,93	8,32	6,66

 

 

Рисунок 8 – Кривая депрессии при основном и особом случае  

4.1.3 Фильтрационный расход воды через тело и основание плотины

Установление фильтрационного  расхода воды через тело и основание  плотины проводится для определения  потерь воды из водохранилища и расчетов специальных дренажных устройств (например, трубчатого дренажа.

В курсовом проекте расчеты водного  баланса водохранилища и специальных  дренажных устройств выполнять  не требуется, поэтому можно ограничиться вычислением удельного фильтрационного  расхода q по формулам, в зависимости от выбранной расчетной схемы.

,                                          (4.7)

1. Основной расчетный случай – НПУ и СНУНБ.

,

,                         

 м²/сут,

 м²/c,

Суммарный расход, проходящий через  тело плотины:

 м²/cут.

Тогда общий расход:

 м³/cут.

 

2. Особый расчетный случай – ФПУ и СВУНБ.

,

,                         

 м²/сут,

 м²/c,

Суммарный расход, проходящий через  тело плотины:

 м²/cут.

Тогда общий расход:

 м³/cут.

4.1.4 Фильтрационная прочность грунтов тела и основания плотины

В соответствии с указаниями [4, п.5.5*] расчеты фильтрационной прочности надлежит выполнять исходя из наибольшего напора, действующего на плотину (1 расчетный случай).

  При оценке фильтрационной прочности  необходимо выполнить условие  [4, п. 5.5*]:

;                                                                                       (4.8)

где: - действующий средний градиент напора в расчётной области фильтрации;

- критический средний градиент  напора, принимаемый на основании  исследований грунтов в условиях, отвечающих реальным условиям  эксплуатации сооружения. В наших  расчетных условиях принимается  по [3, табл. 8].

- коэффициент надёжности по  ответственности сооружений, определяемый  по СНиП 33-01-2003: =1,15 (для III класса сооружения).

Выполнения  условия требуется как при  проверке общей, так и местной  фильтрационной прочности.

При оценке общей фильтрационной прочности  грунта величину в формуле (4.9) определяем по зависимостям:

для тела плотины

                                                                                      (4.9)

где L- длина основания плотины, м; L=56,88 м;

Н_max=↓НПУ-↓СНУНБ=55-43,5=11,5 м – максимальный напор

 

.

.

.