Компоновка сооружений гидроузла

Компоновка сооружений гидроузла

 

В состав гидроузла входит земляная плотина, с экраном и понуром, и паводковый водосброс в виде перепада, который располагается в теле плотины. Створ плотины выбирается с учетом топографических условий таким образом, чтобы плотина имела минимальную длину, а ось водосброса (перпендикулярная оси плотны) находилась в пределах русла.

Высота плотины Н_пл = 15,8м, отметка гребня - 272,8 м, напор Н=14м,

отметка НПУ - 271 м.

Грунт тела плотины, основания - среднезернистый песок, экрана и понура - суглинок,

Водоупор среднезернистый песок.

Ниже приведены принятые характеристики грунтов.

 

Таблица 1

Грунт		Среднезернистый песок	Суглинок
Плотность частиц грунта, г/см3		2,66	2,69-2,73
Пористость		0,35-0,41	0,35-0,45
Удельное сцепление, кПа	Естественной влажности	3-1	39-15
	Насыщенного водой	2-1	30-15
Угол внутреннего трения грунта	Естественной влажности	40-35	24-17
	Насыщенного водой	37-34	20-15
Коэффициент фильтрации, м/с		10-3-10-2	10-7-10-5

 

Плотина из грунтовых материалов

 

Тело плотины отсыпается из среднезернистого песка, а противофильтрационные устройства (экран и понур) - из суглинка, основные характеристики этих грунтов были приведены выше.

 

Конструирование поперечного профиля и элементов плотины: гребня, берм, откосов, дренажа, противофильтрационных устройств и др.

 

Гребень плотины

При устройстве по гребню плотины автодороги его размеры зависят от категории дороги. Так гребень плотины с автодорогой III категории имеет следующие размеры:

 

Ширина, м.
Проезжей части	Обочин	Разделительной полосы	Гребня плотины
7,0	2,5	-	12

 

Для отвода поверхностных вод гребню плотины придается односторонний или двусторонний уклон, а на обочинах устраиваются ливнестоки.

По краям гребня устраивается ограждение в виде надолб с шагом 4 м.

Возвышение гребня плотины над НПУ:

 

,м

 

где а - запас возвышения гребня плотины, принимаемый для всех классов плотин не менее 0,5 м;

- ветровой нагон воды в верхнем бьефе

 

 

Здесь  - угол между продольной осью водоема и направлением ветра;

 - расчетная скорость ветра на высоте 10 м над поверхностью водоема, м/с;

L= 8000 м - длина разгона волны;

d- глубина воды в ВБ при расчетном уровне, м;

 - коэффициент, зависящий от .

Скорость ветра на высоте 11 м V_z равна 11 м/с, переход от этой скорости к скорости на высоте 10 м осуществляется по формуле:

 

kz	1,1	1	0,9
Z, м.	5	10	20

_z=0,99

 

 

Первое приближение:

Второе приближение:

Окончательно принимаем .

- высота наката на откос волн обеспеченностью 1%, м.

.

 

Здесь - коэффициенты шероховатости и проницаемости откоса

 - коэффициент, зависящий от заложения верхового откоса и расчетной скорости ветра .

 

 

 

Высота волны 1%-ной обеспеченности

 

 

Рис.1

 

 - средняя высота волны, которая зависит от безразмерных величин gt/V_w и gL/ V_w².

 

 

 

 

 

Возвышение гребня плотины определяется:

Таким образом, отметка гребня плотины:

 

 

Откосы плотины

Коэффициенты откосов т_в и m_н при относительно небольшой высоте плотины назначают на основании данных практики; в случае же достаточно высокой плотины предварительно намеченные откосы подвергают поверочному статическому расчету. При этом коэффициент откоса земляной плотины m = ctgθ=2...4; редко в практике плотиностроения встречаются m≤1,75 и m=4,5...6,0 и выше.

Для плотины высотой 15,8 м. предварительно принимаем коэффициенты заложения откосов: верхового - m₁=3,0; низового - m₂=2,5.

На верховом откосе плотины устраивается берма в конце основного крепления - на отметке 266 м., создавая ему необходимый упор. Ширина бермы - 3 м.

На низовом откосе плотины для сбора и отвода дождевых и талых потоков также устраивается берма шириной 3 м., на отметке 267,4, т.е. на середине откоса.

 

Крепление откосов

Крепление земляных откосов устраивают для защиты их от следующих воздействий:

- размыва течением или волнением воды в бьефе;

- разрушения льдом;

- размыва фильтрационным потоком воды, вытекающей из тела плотины (из пор грунта), например при снижении уровня воды в бьефе или откате волн;

- размыва дождевыми водами, стекающими по откосу плотины (низовому), а также по откосу берега в нижнем бьефе;

- разрушения под воздействием ветра;

- прорастания растений с сильно развитой корневой системой;

- проникания землеройных животных;

- пучения глинистого грунта в зимний период или усадки его летом, когда грунт надводной части откоса может пересыхать и давать трещины. С учетом перечисленных факторов, а также интенсивности их воздействия и устанавливают тип покрытия откоса.

Крепление из монолитных железобетонных плит.

В плане они имеют обычно прямоугольную форму с соотношением сторон , где b_sl=0,4λ-меньшая сторона, располагаемая перпендикулярно урезу воды(но не больше 20 м).

Принимаем =5,0

Толщина монолитных железобетонных плит определяется из условия их устойчивости по формуле:

 

 

где k = 0,11 -при закрытых швах

ρ_п = 2500 кг/м³ -плотность материала плиты.

Железобетонные плиты бетонируются по подготовке в виде однослойного обратного фильтра толщиной 40 см.

Верхней границей основного крепления является гребень плотины. Нижняя граница - на отметке 270 м., заглубленной на величину  под УМО. Нижняя граница облегченного крепления - меньше на величину H_кр от основного крепления, т.е отметка 265,98м.

Низовой откос защищается от разрушения атмосферными осадками, посевом трав по слою растительного грунта толщиной 0,25 м.

 

Дренажные устройства

Дренажные устройства в теле земляной плотины предназначены для сбора и организованного отвода в нижний бьеф фильтрационного потока, недопущения его выхода на незащищенный низовой откос плотины и в зону, подверженную промерзанию, а также ускорения консолидации глинистых грунтов и уменьшения порового давления в теле плотины и основании.

дренаж состоит из двух частей: приемной, которая выполняется в виде обратного фильтра, и отводящей, выполняемой из камня. По длине плотины устраиваются дренажи различной конструкции: до отметки 261,5м -дренажная призма, а выше этой отметки - трубчатый дренаж.

Дренажная призма устраивается на русловом участке плотины. Превышение гребня дренажной призмы над максимальным уровнем воды в нижнем бьефе - 1 м, таким образом, отметка гребня призмы -261,5 м. Ширина гребня дренажной призмы - 3 м.

Трубчатый дренаж устраивается на тех участках плотины, где отсутствует вода в нижнем бьефе. Выполняется он из перфорированных бетонных труб диаметром 400 мм., уложенных с уклоном параллельно подошве низового откоса и обсыпанных обратным фильтром. По длине трубчатого дренажа устраиваются смотровые колодцы через каждые 100 м.

Фильтрационные расчеты

 

Расчеты выполняются для двух поперечных сечений плотины с различными конструкциями дренажных устройств: в русле (максимальная высота плотины и наличие воды в НБ) и на пойме (при отсутствии воды в НБ). В качестве расчетных уровней воды принимаются: в верхнем бьефе - НПУ; в нижнем бьефе (для руслового сечения) - максимально возможный уровень, но не более 0,2 Н_пл (Н_пл - высота плотины), т.к. результаты фильтрационных расчетов в дальнейшем будут использоваться для проверки устойчивости откосов плотины.

В ручную выполняется расчет только для поперечного сечения плотины в русле реки. Расчет поперечного сечения на пойме (с трубчатым дренажем) выполняется на ЭВМ.

Исходные данные:

Н₁=14 м.k_Т=10^-3 м/сm₁=3,0δ_э=2,1 м.

Н₂=3,5 м.k_ос=10^-3 м/сm₂=2,5δ_п=2 м.

k_э=10^-7 м/сm₁^’=1,0.

к_п=10^-7 м/с

 

,

;

 

 

Таблица 2. Координаты кривой депрессии:

x, м.	hx, м.
0	26,62
5	26,25
10	25,87
20	25,09
25	24,69
30	24,28
35	23,87
40	23,45

Расчет устойчивости откосов

 

Целью расчета является определение минимальных коэффициентов запаса устойчивости откосов для запроектированного поперечного профиля плотины при известных уровнях воды в верхнем и нижнем бьефах и физико-механических свойствах грунтов. Найденный минимальный коэффициент должен быть равным или большим (но не более чем на 10%) допустимого коэффициента запаса устойчивости откоса для III класса капитальности сооружения (γ_n = 1,15).

 

Водосбросное сооружение

 

В составе речных гидроузлов обычно предусматривают водопропускные сооружения. Водопропускными называются сооружения, обеспечивающие пропуск воды через гидроузел для различных водохозяйственных целей. По назначению они подразделяются на водосбросы, водовыпуски и водоспуски. В состав низко- и средненапорных гидроузлов с земляной плотиной могут устраиваться открытые и закрытые водосбросные сооружения. Водосброс- это сооружения для сброса из водохранилища в нижний бьеф паводковых расходов. Через них могут пропускаться также лед, шуга, другие плавающие тела.

 

Выбор трассы водосброса

 

Выбор трассы водосброса зависит от типа плотины и напора на ней, величины паводковых и строительных расходов, топографических, геологических и гидрологических условий района строительства, общей схемы организации работ и пропуска строительных расходов и др., и осуществляется на основании технико-экономического сравнения вариантов. Так как рельеф местности равнинный, для уменьшения объемов земляных работ трасса принимается криволинейного в плане очертания.

 

Гидравлические расчеты

Компоновка сооружений гидроузла

 

В состав гидроузла входит земляная плотина, с экраном и понуром, и паводковый водосброс в виде перепада, который располагается в теле плотины. Створ плотины выбирается с учетом топографических условий таким образом, чтобы плотина имела минимальную длину, а ось водосброса (перпендикулярная оси плотны) находилась в пределах русла.

Высота плотины Н_пл = 15,8м, отметка гребня - 272,8 м, напор Н=14м,

отметка НПУ - 271 м.

Грунт тела плотины, основания - среднезернистый песок, экрана и понура - суглинок,

Водоупор среднезернистый песок.

Ниже приведены принятые характеристики грунтов.

 

Таблица 1

Грунт		Среднезернистый песок	Суглинок
Плотность частиц грунта, г/см3		2,66	2,69-2,73
Пористость		0,35-0,41	0,35-0,45
Удельное сцепление, кПа	Естественной влажности	3-1	39-15
	Насыщенного водой	2-1	30-15
Угол внутреннего трения грунта	Естественной влажности	40-35	24-17
	Насыщенного водой	37-34	20-15
Коэффициент фильтрации, м/с		10-3-10-2	10-7-10-5