Проектирование бетонной гравитационной плотины

N = [T_п + 2/LV_ср + Т_р + Т_м ] / Т_п,                                         (6)

где T_п  Т_р  Т_м – продолжительность соответственно погрузки, разгрузки, маневров самосвала;

L – расстояние перевозки;

V_ср – средняя скорость движения автомашины.

Продолжительность погрузки

Т_п = Н_вр n v_факт /100,                                                                    (7)

где Н_вр – норма времени на разработку грунта с погрузкой его в транспортные средства;

n – количество ковшей, загруженных в самосвал;

v_факт – объем грунта в ковше.

n = Q_с /Q_факт,

Q_с, Q_факт – соответственно грузоподъемность самосвала и масса грунта в ковше экскаватора.

Параметр  Q_факт = γqK_н / К_р,

где γ – плотность грунта;

q – геометрический объем ковша;

K_н – коэффициент наполнения ковша разрыхленным грунтом, принимается равным от 1 до 1,2;

К_р – коэффициент разрыхления грунта.

Производительность грузовых автомобилей зависит от массы  перевозимого груза, скорости движения автомобиля и условий его работы, как во время перевозки груза, так и в разрезе календарного периода времени. Часовая производительность автомобиля выражается в тонно-километрах в час для определенных условий  перевозок:

П_ч = Qv_тК_гК_тр,                                                                                 (8)

где Q – грузоподъемность автомобиля, т;

v_т – техническая скорость движения, км/ч;

К_г – коэффициент использования грузоподъемности;

К_тр – коэффициент условий транспортной работы, представляет собой соотношение времени пробега автомобиля с грузом t_г к общему времени, затрачиваемому на поездку:

t ₀ =  t_г + t_пр + t_бг,                                                                                 (9)

где  t_пр, t_бг – соответственно время на погрузочно-разгрузочные операции и время пробега без груза.

Производительность автомобиля можно  повысить в результате следующих  мероприятий:

• улучшение использования его грузоподъемности за счет совершенствования складских операций, контейнеризации и совершенствования конструкции кузова;
• улучшение использования пробега автомобиля за счет сокращения порожних пробегов, загрузки его  попутными грузами, введение рациональных схем маршрутов;
• повышение скоростей движения за счет устройства и хорошего содержания дорог внутрипостроечного транспорта;
• совершенствование технологии и сокращение времени погрузочно-разгрузочных операций за счет их механизации и автоматизации.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава V. Проект бетонной водосливной плотины.

5.1 Компоновка сооружений гидроузла

 

Речные плотинные гидроузлы  всегда носят индивидуальный характер. В связи с разнообразием местных  условий нет возможности при  сооружении данного гидроузла использовать какие-либо типовые проекты

В состав гидроузла входят земляная плотина из местных материалов и бетонная гравитационная плотина  с сифонным водосливом.

Створ плотины выбирается с учетом топографических условий  таким образом, чтобы плотина  имела минимальную длину. Схема  гидроузла должна быть, возможно, более  компактной, объем и стоимость  работ по возведению сооружений, а  также эксплуатационные расходы  должны быть, возможно, наименьшими. При  русловой компоновке водосливная плотина  находится в русле реки.

Грунт основания – песок  мелкозернистый, грунт тела плотины  – песок среднезернистый.

Высота плотины Н_пл=12,4, отметка верха быков – 190 м, максимальный напор Н=8 м, отметка НПУ – 187 м, глубина воды в ВБ при НПУ – 9,4 м.

Заложение верхового откоса земляной плотины – 3, низового – 2,5. Ширина гребня – 10 м.

5.2 Гидравлические расчеты

5.2.1 Расчет пропускной способности сифонного водосброса

 

Сифонный водосброс состоит  из нескольких труб прямоугольного сечения, объединенных в батареи. Гребни отдельных  сифонов располагаются на разных отметках с целью недопущения  одновременного включения всей батареи  при пропуске небольших паводков.

Форма поперечного сечения  трубы – прямоугольная, с размерами 2х5 м. Радиус закругления оси горлового участка r₀=4 м.

Пропускная способность  сифонного водосброса определяется по формуле:

 

 

ω_вых=a·b=2·5=10 м² – площадь выходного сечения трубы сифона;

 – напор с учетом скорости  подхода;

Н=4 м – геометрический напор;

 – коэффициент расхода;

 – сумма коэффициентов  сопротивления.

Суммарный коэффициент сопротивления  слагается из:

1. Местное сопротивление на вход: ξ_вх=0,1
2. Местное сопротивление на плавное сужение: ξ_пс=k_пс ξ_внс=0,24·0,3=0,072

 k_пс=0,24

3. Местное сопротивление на закругление: α=90^о k_α=1 ξ₉₀=0,16
4. Сопротивление на трение по длине:

I участок:  

l₁=4,4 м 

II участок:  

l₂=9,9 м 

=0,438 

Пропускная способность  одной трубы:

Необходимое количество труб:

Ширина водосброса

скорость подхода 

Пропускная способность  одной трубы с учетом скорости подхода:

Пропускная способность  всего водосброса:

Проверка пропуска максимального  катастрофического расхода воды через водосброс производится по условию:

Окончательно принимаемое  количество труб n=6.

Таким образом, необходимая  пропускная способность сифонного  водосброса обеспечена.

Для установления величины вакуума в горловом сечении и  сравнивания его с допустимым значением производится определение  давлений в сифоне.

Вакуум на оси трубы  в горле сифона при  :

 

5.2.2 Расчет сопряжения бьефов

 

Уровень в ВБ равен НПУ, а УНБ определяется по кривой связи  Q=f(h).

При включении всей батареи  в НБ сбрасывается 448,8 м³/с. Глубина в НБ в этом случае равна 5,1 м

Глубина воды в сжатом сечении  находится по зависмости:

 

 

φ=0,95 – коэффициент скорости;

р=9,4 м – высота водослива;

В_с=40 м – ширина потока в сжатом сечении;

Для определения глубины  воды в сжатом сечении требуется  решить это уравнение методом  последовательных приближений.

 

Q м3/с	hc, м	hкр, м	h'', м	hНБ, м	h''-hНБ, м
448,8	0,75	2,34	5,5	5,1	0,4

 

h''-h_НБ=0,4 м – отогнанный гидравлический прыжок. Для того, что бы бьефы сопрягались в форме затопленного гидравлического прыжка, требуется искусственно затопить его при помощи гасителей энергии.

Расчет водобойной стенки:

Длина водобоя: .

Для лучшего гашения избыточной кинетической энергии потока, ширина водобоя по течению увеличивается. Угол отклонения береговых устоев от оси водобоя составляет 11^о.

Ширина водобоя около  водобойной стенки:

Скорость подхода для  водобойной стенки:

Напор на гребне водобойной стенки:

 

 

Высота водобойной стенки в первом приближении: d_в.ст.=h''-H'=5,5–3,07=2,43 м.

Уточняется коэффициент  расхода:

 

 

Высота подтопления h_п= h_НБ –d_в.ст.=5,1–2,43=2,67 м, коэффициент подтопления: σ_п=0,9

Напор на гребне водобойной стенки во втором приближении:

 

 

Высота водобойной стенки во втором приближении: d_в.ст.=h''-H''=5,5–3,2=2,3 м.

При расчете водобойной стенки требуется выяснить условие сопряжения бьефов за ней.

Глубина воды в сжатом сечении  находится по зависимости: h_c=1,3 м.

Критическая глубина: .

Вторая сопряженная глубина:

 

 – прыжок затоплен.

5.2.3 Определение длины крепления русла за водосбросной плотиной

 

Во избежание разрушения дна русла за плотиной, дно и  берега русла покрываются специальным  креплением, которое состоит из водобоя  и рисбермы.

Общая длина крепления  при сопряжении бьефов в донном режиме определяется по формуле:

 

 

Длина рисбермы:

Ширина рисбермы:

За горизонтальным участком рисбермы для защиты ее от подмыва  устраивается концевое крепление в  виде ковша. Глубина ковша отсчитывается  от уровня воды в НБ при пропуске расчетного расхода и определяется по зависимости:

 

 – удельный расход;

 

V₀₁=2 м/с – допускаемая неразмывающая скорость для засыпки ковша (галька крупностью 30÷100 мм);

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

k_р=1,1 – коэффициент, зависящий от условий схода потока с рисбермы.

5.3 Конструирование тела плотины и ее элементов

5.3.1 Определение глубины заложения и ширины подошвы плотины

 

Для надежного сопряжения плотины с основанием и предотвращения контактной фильтрации подошва плотины  выполняется с верховым и низовым  подплотинными зубьями. Глубина  зубьев – 3,6 м. Ширина зуба по низу – 4 м. Ширина подошвы плотины определяется по зависимости:

b_n=(1,75÷2) Z=2·8=16 м Z – разность уровней в ВБ и НБ.

5.3.2 Проектирование поперечного профиля плотины

 

Поперечный профиль плотины  состоит из следующих элементов:

1. Вертикальной напорной грани с консолью;
2. Криволинейного участка (дуга окружности радиусом r₁=3 м);
3. Прямолинейного участка;
4. Дуги окружности, описанной радиусом R и сопрягающей поверхность водобоя с прямолинейным участком.

5.3.3 Конструкция гравитационной плотины

 

Во избежание появления  трещин при температурных деформациях  или при неравномерной осадке плотина разрезается на отдельные  секции по оси быков.

Для предотвращения фильтрации воды через тело плотины вдоль  ее напорной грани устраивается дренаж в виде системы вертикальных дрен круглого сечения, которые располагаются  на расстоянии . Дрены имеют диаметр 20 см и располагаются с шагом 2 м.

Для отвода дренажной воды, контроля за работой дрен и состоянием бетона плотины, прокладки коммуникаций, установки конторольно-измерительной  аппаратуры, проведения цементации швов, а также ремонтно-восстановительных  работ устраиваются продольную галерею. Она располагается выше меженного  уровня воды в НБ для обеспечения  самотечного отвода воды. Ширина галереи  – 2 м, высота – 3 м.

Пол галереи – с уклоном 1/50 в сторону водосбросного кювета, который устраивается у стены  галереи.

5.3.4 Выбор схемы подземного контура плотины

 

Так как плотина располагается  на песчаных грунтах бесконечной  мощности, то подземный контур состоит  из понура, висячего шпунта и дренажа  под телом плотины.

5.3.5 Конструирование элементов подземного контура плотины

Понур – водонепроницаемое покрытие в ВБ, которое устраивается для удлинения путей фильтрации. Анкерный понур помимо основного назначения повышает устойчивость плотины.

Длина понура устанавливается  в соответствии с расчетом фильтрационной прочности грунта основания и  устойчивости плотины. Предварительно длина понура назначается равной . Z=8 м – разность отметок НПУ и минимального уровня НБ.

Понур устраивается из жирной и пластичной глины, укладываемой слоями толщиной 10÷25 см с последующим уплотнением. Толщина понура в начальном сечении – 0,6 м, в месте примыкания понура к телу плотины – 2 м.