Проект однородной грунтовой плотины на водонепроницаемом основании с ковшовым водосбросом

Расчет контура плотины  со стороны нижнего откоса:

l=(ГПО_{тм гор})*m_н;                                          (1.2)

    l₄₁=(41,7541,0)* 2.5= 1.88 м;

l₄₀=(41,7540,0)* 2.5= 4.38 м;

l₃₉=(41,7539,0)* 2.5= 6.88 м;

l₃₈=(41,7538,0)* 2.5= 9.38 м;

l₃₇=(41,7537,0)* 2.5= 11.88 м;

l₃₆=(41,7536,0)* 2.5= 14.38 м;

l₃₅=(41,7535,0)* 2.5= 16.88 м;

l₃₄=(41,7534,0)* 2.5= 19.38 м;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Определение  глубины воды в нижнем бьефе

Инв. № подп

Подп. и дата

Взам. инв. №

Инв. № дубл.

Подп. и дата

 

 

 

 

 

Лист

 

КП-2-74 05 01. 13. 02. ПЗ

 

Лит

№ докум.

Изм.

Подп.

Дата

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для определения глубины  воды в нижнем бьефе необходимо:

- на расстоянии 50 до 70 метров  от оси плотины проводим дополнительный  створ с таким расчетом, чтобы  данный створ пересекал с левой  стороны по четыре горизонтали.  Створ проводим профиль перпендикулярно  к горизонталям.

- для намеченного створа  строим профиль и кривую зависимости  Q = f (h).

Построение выполняем  в следующей последовательности:

1. Задаемся тремя значениями глубины воды в нижнем бьефе:

h₁=1,5м; h₂=3м; h₃=4,5м;

2. Для каждой принятой глубины определяем:

а) площадь живого сечения

ω = (b + m_ср h) h, м;                            (2.1)

 

где b – ширина балки, определяется по профилю, м;

m_ср – среднее значение коэффициентов заложения склонов балки;

h – принятое значение глубины воды, м;

Среднее значение коэффициентов  заложения склонов балки находится  по формуле:

                        (2.2)

 

 

где m₁ – среднее значение коэффициентов заложения левого склона балки;

 
                                                 (2.3)

 
                                      

 m₂ – среднее значение коэффициента заложения правого склона балки.

                                                 (2.4)

 

где: h^/ и h^//  - соответственно вертикальные проекции левого и правого склонов балки, м;

 b₁ и b₂   - соответственно горизонтальные проекции левого и правого склонов балки, м;

  б) смоченный периметр

x = b + 2h, м;                                     (2.5)

Инв. № подп

Подп. и дата

Взам. инв. №

Инв. № дубл.

Подп. и дата

 

 

 

 

 

Лист

 

КП-2-74 05 01. 13. 02. ПЗ

 

Лит

№ докум.

Изм.

Подп.

Дата

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в) находим гидравлический радиус

, м;                                                 (2.6)

  г) значения скоростной характеристики С√R определяем по таблице в зависимости от гидравлического радиуса и коэффициента шероховатости естественного русла балки (n= 0,0225);

  д) расход, который будет наблюдаться при принятой глубине воды:

Q = ωС,  м³/c;                                         (2.7)                                      

где i – продольный уклон балки,  i=0,0009;

 

Результаты расчета  сводим в таблицу 2.1

 

Таблица 2.1

Глубина воды в канале h, м	Ширина балки b,м	Площадь живого сечения  ω, м	Смоченный периметр х, м	Гидравлический радиус R, м	Коэффициент шероховатости n	C , м/с	Уклон і	Расход Q, м/с
1,5	8	12,43	11,05	1,12	0,0225	43,96	0,0009	17,88
3	8	25,71	14,11	1,82	0,0225	66,17	0,0009	51,04
4,5	8	39,85	17,16	2,32	0,0225	79,29	0,0009	94,79

 

По данным таблицы строим  кривую зависимости Q = f (h). Для этого по оси ординат откладываем значения глубины h, а по оси абсцисс соответствующие им  значения расходов Q. Полученные точки соединяем плавной кривой. Это и будет график функции Q = f (h).

Для определения глубины  воды в нижнем бьефе по оси ҳ  откладываем в принятом масштабе заданный максимальный расчетный расход водосброса. Получаем точку 1. Из этой точки  восстанавливаем перпендикуляр  до пересечения с кривой Q = f (h). Получим точку 2, из которой проводим горизонталь до оси ү и по ней устанавливаем глубину воды h.

Глубину воды в нижнем бьефе  принимаем равной h_нб= 1,50 м;

 

 

 

 

 

 

                3 Грунтовая плотина

 

а) наличия на месте строительства  достаточного объема грунта, необходимого для отсыпки тела плотины;

б) геологических и гидрологических  условий;

Инв. № подп

Подп. и дата

Взам. инв. №

Инв. № дубл.

Подп. и дата

 

 

 

 

 

Лист

 

КП-2-74 05 01. 13. 02. ПЗ

Лит

№ докум.

Изм.

Подп.

Дата

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в) механизмов применяемых  для возделывания плотины;

г) способа строительства.

Так как грунты в карьерах – пески средние, а грунт основания  – суглинок, то проектируем однородную грунтовую плотину на водонепроницаемом  основании.

 

3.1 Выбор основных  размеров профиля

                 Заложение и крепление плотины.

Заложение откосов грунтовых  плотин должно отвечать статической  устойчивости. Однако такие расчёты  можно выполнять лишь после того, как задан профиль плотины  и на основании фильтрующих расчётов построена кривая депрессии. Откосы плотин с увеличением высоты будут  более пологими, что следует из гидростатического расчета. В плотинах высотой до 10 м откосы обычно выполняют  с постоянным заложением, но в платинах большей высоты можно задать откосы с постоянным заложением у основания. Так как плотина однородная (песок  средний), принимаем заложение верхового  откоса m= 3,0, а низового откоса m=2.5. Принимаем крепления верхового откоса железобетонными плитами РП 10×20. А крепление низового откоса - посев трав по растительному слою.

 

Рис. 3.1 Конструкция крепления  откоса сборными железобетонными плитами (размеры даны в см)

 

Инв. № подп

Подп. и дата

Взам. инв. №

Инв. № дубл.

Подп. и дата

 

 

 

 

 

Лист

 

КП-2-74 05 01. 13. 02. ПЗ

Лит

№ докум.

Изм.

Подп.

Дата

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Дренаж плотины 

Дренаж в плотинах предназначен для перехватывания воды профильтровавшейся через тело плотины.

Проектируем дренаж в виде каменной дренажной призмы. Такой  дренаж представляет собой конструкцию, выполненную из камня. Вокруг данной конструкции укладывается трехслойный  обратный фильтр, выполненный из щебня, гравия и песка. Толщина каждого  слоя принимается 15-20 см. Гребень дренажной  призмы возвышается на 0,7-1,0 м выше максимального уровня воды в нижнем бьефе.

Ширина гребня дренажа  составляет 2,0 м. Заложение откосов  принимаем следующие: внутреннего  m_в=1,0; внешнего m_н = 1,5; В конце дренажной устраивается зуб из камня глубиной 0,8м.

 

 

Рис.3.2. Основные типы дренажа  низового клина плотины:

а) дренажный банкет; б) наслонный дренаж; в) трубчатый дренаж;

г) горизонтальный дренаж; д,е,ж) комбинированный тип дренажа;

1- кривая депрессии; 2- дренажный  банкет; 3- обратный фильтр;

4- наслонный дренаж; 5- труба; 6- горизонтальная продольная дренажная  лента;

7- отводящая труба

Сопряжение плотины  с основанием и берегами

Для того чтобы выполнить  сопряжение плотины с основанием выполняется срезка грунта на глубину 0,2-0,3 м. Чтобы уменьшить фильтрацию воды через основание плотины  устраивается, посередине плотины или  смещенный в сторону верхнего бьефа, зуб глубиной 2/5Н, а в основании 1/5Н. Если грунты имеют большой коэффициент фильтрации, то делается забивка шпунта.

 

3.2 Определение отметки гребня плотины

Инв. №  подп

Подп. и дата

Взам. инв. №

Инв. № дубл.

Подп. и дата

 

 

 

 

 

Лист

 

КП-2-74 05 01. 13. 02. ПЗ

Лит

№ докум.

Изм.

Подп.

Дата

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Гребень плотины предназначен для проезда автомобильного транспорта и прохода пешеходов. Гребень  плотины имеет ширину b. Эта ширина принимается от класса капитального сооружения. В нашем случае класс капитальностиIII, поэтому ширина гребня плотины b=10,0 м.

 

Рис 3.3. Устройство и типы креплений гребня плотины:

а- покрытие гравием 10…15 см; б- покрытие мостовой из равного камня;

1– одиночная мостовая  верхового откоса; 2- гравийно-песчаный  фильтр;

3- деревянные надолбы  диаметром 15…18 см; 4- гравийное покрытие;

5- дренажная канава; 6- тело  плотины; 7- мостовая из рваного  камня;

8- железобетонные надолбы; 9- обратный фильтр-призма из местных  материалов (щебня, гравия, хворостяных  фашин) 

 

Проезжая часть предназначена  для проезда автомобильного транспорта, и поэтому должно быть  предусмотрено  крепление. Крепление проезжей части  может быть самым разнообразным: асфальт, бетонное покрытие, покрытие  из гравийно-песчаной смеси. Проезжая часть от центра к откосам плотины  имеет уклон, который принимается  равным

Сигнальные столбики предназначены  для безопасности движения. Они устанавливаются  на расстоянии 0,5 м от края плотины. Высота столбиков должна быть 0,6-0,7 м  над уровнем дорожного покрытия и 0,7-0,8 м ниже покрытия.

Обочина предназначена  для прохода пешеходов. Проектируем  креплением обочины посевом трав.

         Гравийная подсыпка толщиной 10-15 см, предназначена для укладки проезжей части и выполняет роль фильтра.

Отметка гребня земляной плотины  определяется по формуле:

 ГП = ФПУ + d;                                        (3.4.1)

 

где: ∆ ФПУ- отметка форсированного подпорного уровня;

d – превышение гребня  плотины над расчетным статическим  уровнем воды верхнего бьефа,  определяется по формуле:

d = h_н+ ∆h + a;                                           (3.4.2)

          где:  ∆h – высота ветрового нагона на откос, м

         a – конструктивный запас, принимаем 0,3 м для V; 0,4 м для IV и 0,5 м для III класса капитальности плотин;

h_н  - высота наката волн на откос, вычисляем по формуле:

h_н = 3,2 ∙ Кш ∙ С ∙ 1/m;                                   (3.4.3)

          

 где Кш – коэффициент  зависящий от вида крепления  верхового откоса, принимаемый по  таблице 17, [2], с 151 (для бетонного  покрытия принимаем Кш=0,9)

m- заложение ветрового  откоса;

           С – высота ветровой волны,  определяется по формуле:

Инв. № подп

Подп. и дата

Взам. инв. №

Инв. № дубл.

Подп. и дата

 

 

 

 

 

Лист

 

КП-2-74 05 01. 13. 02. ПЗ

 

Лит

№ докум.

Изм.

Подп.

Дата

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С = 0,0208 ∙  ∙ Д^1/3;                                   (3.4.4)

 

где: W10 – скорость ветра  на высоте 10 м над водохранилищем;

= 1,25 ∙W= 1,25∙10 =12,5м/с;                          (3.4.5)

 

D- длина разгона ветровой  волны, км;

С= 0,0208 ∙7^5/4∙ 7^1/3= 0,0208∙11,37∙1,91= 0,45 м;

h_н = 3,2 ∙0,9∙ 0,45∙ = 0,43 м;

 

∆h- высота нагона ветровой волны, которая зависит от скорости ветра на высоте 10м над водохранилище W₁₀, длины разгона волн D, глубины водоема H и рассчитывается по формуле:

 
                                             (3.4.6)

 

где: k – численное значение коэффициента принимают равным 6∙10^-3;

 

Отсюда превышение гребня плотины:

d = 0,016+0,43+0,3 = 0,75 м;

Находим отметку земляной плотины:

ГП = 41,0+0,75= 41,75 м;    

 

 

 

 

Инв. № подп

Подп. и дата

Взам. инв. №

Инв. № дубл.

Подп. и дата

 

 

 

 

 

Лист

 

КП-2-74 05 01. 13. 02. ПЗ

 

Лит

№ докум.

Изм.

Подп.

Дата

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.3 Фильтрационный  расчет

 

Под влиянием напора, создаваемого плотиной, происходит фильтрация (просачивание) воды из верхнего бьефа в нижний как через основание, если оно  проницаемо, так и через тело плотины. Верхняя поверхность фильтрационного  потока в пределах тела плотины называется депрессионной поверхностью.

Кривая, образуемая в результате пересечения депрессионной поверхности  вертикальной плоскостью, называется депрессионной кривой. Ниже депрессионной  кривой все поры грунта тела плотины  заполнены движущейся с той или  иной скоростью фильтрационной (грунтовой) водой. Выше депрессионной кривой находится  зона капиллярного поднятия воды, в  которой водой заполнены только мелкие поры грунта – капилляры. Высота поднятия капиллярной воды зависит  от капиллярных свойств грунта; в  песках эта высота соответствует 5-15 см, в суглинках и глинистых  грунтах 0,5-1,5 м и больше.