По гидротехническим сооружениям

Белорусский Национальный Технический Университет

Кафедра: «гидротехническое и энергетическое строительство»

Курсовой проект

По гидротехническим сооружениям

Тема: Бетонная водосбросная плотина.

                                       Выполнила: ст. ФЭС

                                                           гр.110113

                                                           Борисевич В.М.

                             

                                       Руководитель: Круглов Г. Г.

 

 

Минск- 2007

 

 

Содержание

Задание	2
1.Компоновка сооружений гидроузла 2. Гидравлические расчёты. 3. Конструирование тела плотины и её элементов 3.1. Понур.   3.2. Шпунтовый ряд. 3.3.Водобой, рисберма, ковш. 3.4.Подошва плотины. 3.5.Пореречный профиль плотины. 3.6.Береговые устои, монтажная площадка. 4. Фильтрационные расчеты плотины 4.1. Расчет фильтрации в основании бетонной плотины. 4.2. Расчет фильтрации в обход берегового устоя. 5. Расчеты прочности и устойчивости бетонных плотин. 5.1.Определение контактных напряжений в основании плотины. 5.2.Расчет устойчивости плотины на сдвиг. 5.3.Расчет прочности тела плотины методом сопротивления материалов. 6. Выбор схемы пропуска строительных расходов Литература	5
	6
	12
	12
	12
	13
	14
	14
	16
	16
	16
	18
	22
	22
	25
	27
	29
	30

 

Компоновка сооружений гидроузла.

 

В данной работе проектируется гидротехническое сооружение, в состав которого входят: земляная плотина из среднего песка общей длиной 1100м и отметкой гребня ∆ГП=271,7м. По гребню проходит автомобильная дорога шириной 6м. Заложение откосов плотины имеют постоянное заложение и равны: верховой- 3,5 и низовой – 3,0. Головная часть представляет собой бетонную безвакуумную водосливную плотину практического профиля (b=39,8), состоящую из четырёх пролетов по 8м и трех разрезных бычков.

За водосливной частью следует водобойные колодец длиной 25м и толщиной 2,5м, имеющий расширение в оби стороны на 12º, рисберма длиной 38м и с расширением в одну сторону на 12º, ковш – все эти элементы предназначены для гашения кинетической энергии потока.

Чтобы уменьшить путь фильтрации устраивается гибкий понур длиной 14,5м и шпунтовый ряд из железобетонных свай толщиной 30м и шириной 50м, заглубленный на 9,5м. А также, чтобы фильтрационный поток не подмывал и не разрушал водобой и рисберму, в них устраиваются разгрузочные колодцы размерами 1х1м, под которые укладывается обратный дренаж.

Гидравлические расчёты.

Выбирается удельный расход через поверхностные отверстия, т.к. основанием является суглинок, то q=20м³/с на 1 п.м.

Принимаем 5 пролётов по 6м шириной: n*b=5*6=30м [1]. Пролёты перекрываются плоскими затворами. Ширина пазов затворов: ,

глубина пазов рабочих затворов:

.

толщина разрезного быка определяется по формуле:

Высота быка над гребням водослива при передвижном кране (козловом кране):

h_б= h_ф+0,6 h₃=(268,7-263)+0,6 5=8,7м

Длина быка l_б назначается из условия размещения ремонтных и рабочих затворов и необходимого расстояния между ними, служебного моста, механизмов подъема затворов и транспортного моста. Ширина проезжей части моста определяется его габаритом и шириной тротуаров, которые назначаются по таблице из СНиП [2].

l_б=0,8+1,5+1+6+2 1,0+2 0,75+1,5+1=14,8м

Определяется высота водосливных отверстий в первом приближении:

где σ_п=1 – коэффициент подтопления водослива;

ε=1 – коэффициент бокового сжатия;

m=0,41 – коэффициент расхода водослива;

g=9,81м/с² – ускорение свободного падения;

Ширина перед водосливной плотиной:

Площадь поперечного сечения:

Скорость:

После определения размеров водосливных отверстий и их количества производится проверка пропускной способности проектируемой водосливной плотины (уточняют m, ε, σ_п).

Коэффициент подтопления определяется по таблицам в зависимости от отношения h_п/H₀, но в данном случае высота подтопления h_п=-1,2 и следовательно σ_п=1

Коэффициент бокового сжатия и коэффициент расхода уточняются по зависимостям, предложенным А.Р.Березинским:

;

;

здесь р=6.

После того, как все коэффициенты, входящие в формулу для определения Q определены, производят проверку пропускной способности принятых размеров водосливных отверстий по условию

Q>Q_рп на 3,6%.

Производится проверка пропуска поверочного расхода воды через водослив по условию:

H_фор – напор на гребне водослива при пропуске поверочного расхода (ФПУ-ГП=268,7-263=5,7м);

Коэффициент подтопления σ_п=1

Коэффициент бокового сжатия и коэффициент расхода уточняются по зависимостям, предложенным А.Р.Березинским:

;

;

Т.о., принятые размеры водопропускных отверстий удовлетворяют условиям пропуска расчетного и поверочного расходов.

Расчёт сопряжения бьефов выполняется для следующих четырёх схем маневрирования затворами:

1. Все затворы подняты на 0,2H.

2. Один затвор поднят полностью, остальные на 0,2H.

3. Два затвора подняты полностью, а два – на 0,2H.

4. Все затворы подняты полностью.

Первая схема:

 

Высота открытия отверстий а=1,2м.

Т.к. на гребне водослива после затвора есть горизонтальный участок с= 0,3Н+(0,5…1)=0,3*6+0,5=2,3м>а=1,2, то

где φ=0,95 – коэффициент скорости;

 - коэффициент вертикального сжатия потока по зависимости А.Д.Альтшуля.

Глубина воды в нижнем бьефе в соответствии с кривой связи равна:

h_НБ=161,4-157,5=3,9м

Глубина в сжатом сечении h_cнаходится по зависимости:

Первое приближение:

Второе приближение:

Третье приближение:

По известному значению h_с вычисляется сопряженная с ней глубина :

где ; а

т.к. - прыжок затопленный, колодец не требуется.

 

Вторая схема:

 

Один затвор поднят полностью, а 4-е на а=1,2м

Глубина воды в нижнем бьефе в соответствии с кривой связи равна:

h_НБ=161,7-157,5=4,2м

Первое приближение:

Второе приближение:

Третье приближение:

По известному значению h_с вычисляется сопряженная с ней глубина

где ; а

т.к. -прыжок затопленный, колодец не требуется.

 

Третья схема:

Два затвора подняты полностью, а три на а=1,2м

Глубина воды в нижнем бьефе в соответствии с кривой связи равна:

h_НБ=162,0-157,5=4,5м

Первое приближение:

Второе приближение:

Третье приближение:

Четвертое приближение:

По известному значению h_с вычисляется сопряженная с ней глубина

где ;

т.к. -прыжок затопленный, колодец не требуется.

Четвёртая схема:

 

Все затворы подняты полностью.

Глубина воды в нижнем бьефе в соответствии с кривой связи равна:

h_НБ=162,5-157,5=5,0м

Первое приближение:

Второе приближение:

Третье приближение:

Четвертое приближение:

 

По известному значению h_с вычисляется сопряженная с ней глубина

где ; а

т.к. -прыжок затопленный, колодец не требуется.

Длина водобоя при отсутствии на нем гасителей кинетической энергии назначается равной:

 

 

Схема	Q,м3/с	hc, м	,м	hНБ,м	Тип прыжка	dк, м
1	199,8	0,52	2,9	3,9	Затопленный	-
2	264,4	0,7	3,25	4,2	Затопленный	-
3	339,5	0,92	3,55	4,5	Затопленный	-
4	564	1,64	4,23	5,0	Затопленный	-

 

Т.к. четвертая схема самая невыгодная, то для неё делаем проверку.

При p=p+d_к=6+2,1=8,1м

Первое приближение:

Второе приближение:

Третье приближение:

По известному значению h_с вычисляется сопряженная с ней глубина

.

 - длина водобойного колодца.

 

Понур.

 

На песчаных основаниях устраиваются гибкие маловодопроницаемые понуры. Предварительную длину понура можно назначить равной

l_п=1,5 Z=1,5 (НПУ-НБ_min)=1,5 (268-258,5)=14,5

Толщина понура в любом его сечении определяется по зависимости

,

Толщина понура в его начальном сечении принимается равной 0,5м. В весте примыкания к телу плотины он утолщается до 3м. Для лучшего сопряжения с телом плотины торец фундаментной плиты со стороны верхнего бьефа делается наклонным, что обеспечивает при любых деформациях тела плотины и понура надежный контакт между ними за счёт веса воды грунта пригрузки. Сверху глиняный понур покрывается защитным слоем песка толщиной 2м.

 

Шпунтовый ряд.

 

Шпунты предназначены для удлинения пути фильтрационного потока и, следовательно, гашения его напора. Также они препятствуют развитию внутренней суффозии в основании плотины, выпору грунта из-под плотины и защищают основание плотины от подмыва его поверхностным потоком

Предварительно глубина основного шпунта может приниматься равной s=(НПУ-НБ_min) 1,0=9,5м.

Принимаются железобетонные шпунтовые сваи, изготавливаемые непосредственно на месте строительства. Толщина их 30см, ширина 50см. Водонепроницаемость шпунтового ряда достигается устройством специальных замковых соединений между сваями.

Обеспечение эффективной работы достигается заделкой головы шпунтовых стенок в специальные гидроизоляционные шпонки, размещенные в бетоне плиты

 

Водобой, рисберма, ковш.

 

Водобой выполняется в виде массивной железобетонной плиты, заканчивающейся зубом во избежание её подмыва.

Так как на водобое располагается колодец, то

L_в=0,8 5 (h-h)=0.8 5 (7.3-1.08)=25м

Водобойный колодец делается трапецеидальным с расширением в 12º в обе стороны. Делается это с целью обеспечить лучшее гашение кинетической энергии потока.

Толщина водобоя определяется по формуле

где v_c и h_c – соответственно скорость и глубина в сжатом сечении.

Для снятия фильтрационного давления на водобой под ним устраивается обратный фильтр (камень, гравий, крупный песок). Профильтровавшаяся вода отводится в нижний бьеф через разгрузочные колодцы, устраиваемые в водобойной плите. Колодцы квадратной формы в плане, размером 1х1м, расположенные в шахматном порядке через 5м в ряду и через 10м между рядами. Общая площадь дренажных колодцев равна 1,42% от площади водобоя, что меньше, чем 1,5%

Непосредственно за водобоем располагается рисберма. Предварительную длину рисбермы можно определить исходя из общей длины крепления в нижнем бьефе, которая для случая сопряжения бьефов при донном режиме может определятся по формуле Д.И.Кумина

L=6(h-h)+8h_кр=6 (7,3-1,08)+8 3,21=63м

L_рис=L-L_вод=63-25=38м

Крепление рисбермы для III класса капитальности сооружении выполняется из железобетонных монолитных плит толщиной 0,8м, длиной 13м. Для снятия фильтрационного давления в них устраиваются дренажные колодцы, аналогично колодцам на водобое.

Концевая часть рисбермы, которая предохраняет всё крепление от подмыва, выполняется в виде предохранительного ковша с заложением верхового откоса 1:4, а низовой – 1:2. Ковш загружается камнем слоем 2м. Глубина ковша, отсчитываемая от отметки дна нижнего бьефа, определяется по зависимости

где h_НБ=4,6 – глубина воды в нижнем бьефе, соответствующая пропуску расчётного паводкового расхода;

 - удельный расход на рисберме;

χ=1,2 – коэффициент неравномерности распределения удельного расхода на рисберме;

К_р=1,1 – коэффициент, зависящий от условий схода потока с рисбермы [3];

V₀₁ – допустимая не размывающая скорость при глубине потока h=1м [3].

 

Подошва плотины.

 

Для надежного сопряжения тела плотины с грунтом основания и предотвращения опасной контактной фильтрации подошва плотины выполняется с верховым и низовым зубом. Глубина зубьев равна 1м, ширина зуба понизу 3м. Ширина подошвы плотины для песчаных грунтов равна

b_п=2 (НПУ-УНБ_min)=2 9.5=19м

При донном режиме сопряжения бьефов водосливная поверхность плотины плавно сопрягается с поверхностью водобоя. Заглубление фундаментной плиты плотины со стороны низовой грани определяется глубиной водобойного колодца , толщиной водобойной плиты , и глубиной её зубьев равной 1м.

Заглубление фундаментной плиты со стороны напорной грани определяется конструкцией и толщиной понура, толщиной защитного слоя равного 2м, конструкцией и размерами 3х3х0,5м крепления дна верхнего бьефа перед плотиной.

Подошва плотины выполняется горизонтальной, глубина верхового и низового зуба плотины принимается одинаковой, на отметке, соответствующей наибольшему из двух найденных значению заглубления подошвы тела плотины. Под подошвой между зубьями делается обратный фильтр

 

Пореречный профиль плотины.

 

Поперечный профиль водосливной плотины образуется из следующих элементов:

· Вертикальная грань

· Криволинейного участка, который строится по координатам Офицерова-Кригера (таблица1).

· Прямолинейного участка

· Дуги окружности, сопрягающей прямолинейный участок и поверхность водобоя.

Так как на гребне водослива предусматриваются затворы, то на нём часто устраивают горизонтальную вставку равную 1м для более удобного размещения рабочих и ремонтных затворов. И поэтому в таблице 1 начиная со значения y=0,006 к х прибавляется 1м, т.е х=0,4+1=1,4м

 

 

Таблица 1. Координаты для построения безвакуумного водослива практического профиля.

X	Y при	X при	Y при		X	Y при	X при	Y при
	H=1	H=5,13	H=5,13			H=1	H=5,13	H=5,13
0,0	0,126	0,000	0,646		3,0	1,235	15,390	6,336
0,1	0,036	0,513	0,185		3,1	1,369	15,903	7,023
0,2	0,007	1,026	0,036		3,2	1,508	16,416	7,736
0,3	0,000	1,539	0,000		3,3	1,653	16,929	8,480
1,4	0,006	7,182	0,031		3,4	1,894	17,442	9,716
1,5	0,027	7,695	0,139		3,5	1,960	17,955	10,055
1,6	0,060	8,208	0,308		3,6	2,122	18,468	10,886
1,7	0,100	8,721	0,513		3,7	2,289	18,981	11,743
1,8	0,146	9,234	0,749		3,8	2,462	19,494	12,630
1,9	0,198	9,747	1,016		3,9	2,640	20,007	13,543
2,0	0,256	10,260	1,313		4,0	2,824	20,520	14,487
2,1	0,321	10,773	1,647		4,1	3,013	21,033	15,457
2,2	0,394	11,286	2,021		4,2	3,207	21,546	16,452
2,3	0,475	11,799	2,437		4,3	3,405	22,059	17,468
2,4	0,564	12,312	2,893		4,4	3,609	22,572	18,514
2,5	0,661	12,825	3,391		4,5	3,818	23,085	19,586
2,6	0,764	13,338	3,919		4,6	4,031	23,598	20,679
2,7	0,873	13,851	4,478		4,7	4,249	24,111	21,797
2,8	0,987	14,364	5,063		4,8	4,471	24,624	22,936
2,9	1,108	14,877	5,684		4,9	4,698	25,137	24,101

 

Литература

1. СНиП2.06.01-86.Гидротехнические сооружения. Основные положения проектирования. – М.: Стройиздат,1989.-30с.

2. СНиП2.05.02-85. Автомобильные дороги. – М.: Стройиздат, 1986.-56с.

3. Проектирование и расчеты гидротехнических сооружений: Учеб. Пособие/ П.М. Богославчик, Г.Г. Круглов. – Мн.: БНТУ, 2003.-363с.

4. СНиП2.06.04-82. Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов). – М.: Стройиздат, 1982.-40с.

5. СНБ 5.01.01-99. Основания и фундаменты зданий и сооружений. – Мн.: Минстройархитектуры, 1999. -36с.

6.. Мосты и трубы. – М.: Стройиздат, 1988. – 197с.

7. Справочник по гидравлическим расчетам/ Под ред. П.Г. Киселева. – М.: Энергия, 1975.-309с.

 

Белорусский Национальный Технический Университет

Кафедра: «гидротехническое и энергетическое строительство»

Курсовой проект

по гидротехническим сооружениям