Глава 6. Проверка на устойчивость водопроводного оголовка и берегового колодца

6.1. Расчет статической устойчивости оголовка

 Исходя из необходимости размещения в оголовке двух решеток размером1500*2000, принимается железобетонный оголовок высотой 2,8м, шириной 3,4 и длиной 7,25 м см. Приложение 1.

Оголовок устанавливается на подготовку из мелкого камня со щебнем. Объем оголовка, имеющего каплевидную форму, за вычетом водоприемных окон и диффузоров равен:

 

V_ог=37,51 м³

 

Масса и сила тяжести оголовка соответственно:

 

m_ог = V_ог* ρ_ог,кг

 

m_ог =57,18*2300=131506,8 кг

 

G_ог = m_ог* g,Н

 

G_ог =131506,8 *9,81=1288,7 кН

 

(ρ_ог=2300 кг/м³,в зависимости от армирования).

Взвешивающая сила:

 

Р = ρ_в*g*V,Н

 

Р=1000*9,81*57,18=560,935кН

 

где ρ_в – плотность воды (ρ_в=1000 кг/м³)

Сила гидродинамического воздействия на оголовок определяется по формуле:

 

F=φ*g*ρ_в*ω*(υ²/2g), Н

 

где φ – коэффициент лобового сопротивления потоку, равный для каплевидного в плане профиля 0,07;

ω – площадь поперечного сечения той части оголовка, которая воспринимает гидродинамическое давление потока(расположенная над плоскостью дна источника перпендикулярно к потоку часть его вертикального сечения), м²; ω =1,8*2,8=5,04м²

υ – скорость набегания потока на оголовок, принимаемая равной расчетной скорости течения воды в источнике, м/с.Исходя из условий требования устойчивости оголовка, принимаем максимальную скорость течения воды в источнике.

 

F=0,5*1*2,75*3,904*1*1/2=2,68 кН

 

Коэффициенты запаса на сдвиг и опрокидывание:

 

К_сдв = (G-P)f/F≥[К_сдв];

 

K_опр=Gx_G/ (Fy_F+Px_P) ≥ [K_опр];

 

где f – коэффициент трения подошвы по его основанию (f=0,6 при трении бетона по каменной наброске);

x_G,y_F,x_P – плечи сил, действующих на оголовок относительно точки его опрокидывания;

[К_сдв], [K_опр] – допустимые коэффициенты статической устойчивости оголовков соответственно на сдвиг и опрокидывание, принимаемые равными 1,1…1,4.

 

К_сдв = (1655,71-762,83)*0,67/1,35=200>>1,4

 

K_опр=1655,71*1,38/(2,68*1,95+762,83*1,38)=2,16>1,4

 

Таким образом, статическая устойчивость запроектированного оголовка обеспечена.

Скорость неразмывающего потока в реке при приведенном в исходных данных составе частиц донных наносов равна:

 

υ_доп=1,65 ⁴Öd₁₀H/d² Ögd(1+3ρ_ч^2/3), м/с

 

где d₁₀ – наибольший диаметр отложений на дне (каменного крепления) с содержанием частиц в смеси не более 10%, м;..                            (d₁₀=0,0005м)

  Н – глубина потока у сооружения, м;                                       (Н=2,8м)

  d – средний диаметр отложений на дне потока, м;                 (d=0,0001м)

  ρ_ч – мутность руслоформирующих фракций, кг/м³.               (ρ_ч=0,1 кг/м³)

 

υ_доп=1,65*⁴Ö0,1*2,7/0,05²* Ö9,81*0,05(1+3*0,05^2/3)=4,42м/с

 

υ_факт= υ_сред =1м/с–фактическая скорость придонного течения потока в зоне расположения оголовка. υ_доп > υ_факт, т.е. условие выполняется, поэтому устойчивость русла реки у оголовка обеспечена даже при его возможном стеснении.

 

6.2. Устойчивость берегового колодца на всплытие

 

Водозаборные сооружения и их элементы, днища которых расположены ниже возможного уровня воды в источнике, при опорожнении могут всплыть. Расчет на устойчивость к всплытию выполняется для случая, когда уровень воды в источнике достигает максимальной отметки, а все рабочие секции водозабора или часть их полностью опорожняются для производства в них монтажно-демонтажных и ремонтных работ, выполнения профилактических осмотров и обследовании. При этом полагается, что насосное отделение водозабора всегда свободно от воды.

Так как водозабор и его элементы сооружаются опускным способом, их устойчи­вость к всплытию определяем на начало монтажных работ, т. е. без учета нагрузки от оборудования.

Водозабор или его отдельные элементы считаются устойчивыми к всплытию, если соблюдается условие:

 

h_вспл= S G_i / P_в > 1,4

 

где SG_i – суммарный вес берегового колодца (учитывается вес бетона, оборудования, арматуры, труб, павильона над колодцем и прочих элементов, установленных в колодце и над ним), Н;

P_в– взвешивающая сила, Н;

Взвешивающая сила определяется по формуле:

 

P_в=К_вспл gV_в ρ_в k_взв, Н

 

К_вспл – коэффициент устойчивости сооружения к всплытию;

V_в – объем затопляемой части сооружения по внешнему контуру (объем части сооружения, находящейся ниже расчетного максимального уровня воды в источнике), м³;

k_взв – коэффициент взвешивания, зависящий от вида грунта.

Объем материала отдельных конструкций сооружения: подземной части, включающей стены и перекрытие,

V_подз=34,4 м³;

Нагрузка от здания:

 

G_соор=M_соор g=674,85 кН.

 

Взвешивающая сила P_в= 1,5*9,8*34,4*1=505,65 кН

Поскольку Р < G_соор, колодец водозабора устойчив к всплытию, а коэффициент запаса (без учета сил трения):

 

К_вспл= G_соор/Р=674,85/505,65 =1,33