Проект однородной грунтовой плотины на водонепроницаемом основании с ковшовым водосбросом

Как кривая депрессии, так  и капиллярная зона изменяет свое положение, поднимаясь или опускаясь  в зависимости от колебаний уровней  воды в верхнем и нижнем бьефах. Расчет плотины на фильтрацию заключается  в определении положения депрессионной  кривой в теле плотины и фильтрационного  расхода как через тело плотины, так и через ее основание.

           1.Определяется положение раздельного сечения МN, находящегося на расстоянии λН₁ от точки уреза воды в ВБ. Величина λ определяется по формуле: 

 

λ =

= 0,43;

2. Вычисляется величина  захода кривой депрессии в  дренаж :

 

                                                    е = 0,06∙7 = 0,42;

              3. Устанавливается начало координат  кривой  депрессии, точка 0: ось  Х направлена по уровню воды  в НБ в сторону ВБ, ось У  проходит через начало координат  0 на расстоянии е от точки  пересечения с осью Х внутреннего  откоса дренажа. Расчетное расстояние  L от начала координат кривой депрессии до раздельного сечения МN.

             4.  Ординаты депрессионной кривой  подсчитываются, задаваясь значениями  Х , по уравнению:

 

         Расчет сводим в таблицу 

Таблиц     Значения абсцисс и ординат для построения кривой депрессии

         

X	4	8	12	16	20	24
Y	0,87	1,23	1,5	1,74	1,94	2,13

 

       5. Удельный  фильтрационный расход в сечении  определяется по формуле:

 

q =

= 0,002   м³/сут ;

 

3.4 Расчет устойчивости откосов

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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Производим по методу круглого цилиндрических поверхностей с учётом сил сцепления. Для этого из осреднённого низового откоса восстанавливаем две  линии. Одну вертикальную верх, вторую под углом 85-90 градусов к откосу. Находим область обрушения, для  этого воспользуемся таблицей Е.А. Замарина.

БД = 0,75 ∙ Н = 0,75 ∙ 7 = 5,25

БД^I = 1,75 ∙ Н = 1,75 ∙ 7 = 12,25

где Н – высота плотины.

Найдя область обрушения, проводим кривую скольжения. Кривая скольжения проводится так, чтобы она захватывала  платину до половины до половины и  в основании платины не более 2м.

Проводя данную кривую скольжения, определяем коэффициент устойчивости у счётом сил сцепления, сил трения, сил фильтрационного потока, сил  собственного веса по формуле 

 
                         

В числителе  силы, удерживающие низовой откос, в  знаменателе – сдвигающие.

     Удерживающими силами являются:

∑C ∙ L – сила сцепления;

b ∙ ү ∙∑h_пр∙ cosα ∙ tgφ – сила трения.

     Обрушающие (сдвигающие) силы:

b ∙ ү ∙∑h_пр ∙ sinα – сила собственного веса;

ω∙ i ∙ – сила фильтрационного потока;

     В данной 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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  c – удельное сцепление грунта;

l - длина части кривой скольжения, где действует с;

b - ширина полосы грунта, определяется по формуле

b=0,1∙R м;                                                       

γ - объемный вес грунта, м³/c;

h - средняя высота полосы грунта ,м;

R – радиус кривой скольжения, м;

ω - площадь ограниченная депрессионной кривой и кривой скольжения до начала дренажа, м²;

i - пьезометрический уклон фильтрационного потока в площади ω;

φ - угол внутреннего  трения грунтов;

α - угол наклона  хорды  полосы к горизонту.

   При  разработке на полосы, в правую  сторону от нулевой полосы  отсеки будут отрицательные, в  левую – положительные.

   Ширина  полосы грунта b= 0,1∙16 = 1,6 м.

   Схема  к расчету устойчивости низового  откоса представлена на рис..

   Расчёты  по определению К_сдв сводим в табл.    . и табл.   .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  

CL	7,5		2,28		7,5
L	5,0		5,7		15,0
C	1,5		0,4		0,5
hпр∙cosa∙ tga	1,97		2,49		6,22
tgφ	0,47		0,36		0,42
φ	25		20		23
hпр ∙cosα	1,30	2,89	3,38	3,55	3,38	3,10	2,84	2,32	1,92	1,26
hпр ∙sinα	1,74	2,85	2,53	2,04	1,47	0,98	0,58	0,23	0	0,13
	2,17	4,07	4,22	4,08	3,68	3,26	2,90	2,33	1,92	1,26
			1,3	2,2	2,8	3,3	4,1	4,3	4,2	3,3
	2,0	3,9	4,0	3,7	3,2	2,7	2,2	1,6	1,2	0,7
	0,60	0,71	0,80	0,87	0,92	0,95	0,98	0,996	1	0,996
	0,8	0,7	0,6	0,5	0,4	0,3	0,2	0,1	0	0,1
№ полосы	+8	+7	+6	+5	+4	+3	+2	+1	0	-1

 

 

Приведенная высота отсека грунта 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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
 

_мок – объёмный вес мокрого грунта

_мок = (1-n) ∙ (_уд-1)

_мок = (1-0,35) ∙ (2,70-2,0)= 0,46;

     n- коэффициент пористости, для суглинка – 0,35;

     _уд – удельный вес грунта, для суглинка- 2,70 ^кг/ _м ³.

     _сух- объёмный вес сухого грунта, для суглинка – 2,0 ^кг/ _м ³ .

Коэффициент сцепления  с: мокрых суглинков с=1,5 ^т/_м ^2;

φ – угол внутреннего  трения: мокрых суглинков φ = 25⁰; сухих – φ = 20⁰-23⁰;

Площадь ограниченная депрессионной  кривой и кривой скольжения до начала дренажа определим по формуле:

F= ∑h_нас ∙ b ;                                           

F=25.5 ∙1.6=40.8 ;                                           

Пьезометрический уклон  фильтрационного потока площади  ω

i=0,2

Определяем коэффициент  устойчивости откоса

К_уст=

= 1,42[K_уст]=1,1-1,3.

 

Вывод: Низовой откос  плотины устойчив, так как К_{уст [Куст}] 1,42 1,3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 Водосбросное сооружение

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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ковшовый водосброс  – это водосбросное сооружение состоящее  из: ковша, переходного участка, напорной трубопровода с диафрагмой, выходная часть, гаситель, зуб.

Ковш выполняется из сборных ж/б блоков, располагается на отметке НПУ (нормальный подпорный уровень), при повышении уровня воды выше отметки НПУ она автоматически сбрасывается по напорному трубопроводу. Вокруг ковша может выкладываться 2-3 ряда ж/б плит, чтобы не наблюдалась подмывка ковша. Поверх ковша ложится металлическая сетка, перед ковшом забиваются сваи, которые связываются между собой тросом, что предотвращает забивку ковша мусором и льдом.

Переходный участок  предназначен для соединения ковша  с напорным трубопроводом. Выполняется из монолитного железобетона.

Напорный трубопровод  выполняется из раструбных ж/б труб диаметром 140 мм, уложенных на бетонную подготовку. По длине трубопровода устраиваются диафрагмы, которые удлиняют пути фильтрации, что ослабевает фильтрационное давление на трубопровод. Перед укладкой трубы обмазывают битумной мастикой.

Выходная часть представляет собой конструкцию в виде трубы  того же диаметра как и напорный трубопровод. Эти трубы укладываются на ж/б ростверк. На выходной части  устраивается гаситель в виде водобойного  колодца.

Для сопряжения водосброса с отводящим каналом и перехвата  воды, профильтровавшейся через основание  в конце его устраивается зуб из камня.

Шифры ковшовых водосбросов  определяют по графикам пропускной способности.

Выбор трассы. Проектирование ковшового водосброса начинается с  выбора местоположения и трассы водопровода.

Трассу водосброса начинают проектировать с точки пересечения  линии уреза воды при НПУ с  осью гребня. От этой точки трассу ведут  по крайнему расстоянию к руслу нижнего  бьефа. При створ пересечения  намечаемой трассы с руслом реки должен быть удалён от подошвы низового откоса на расстоянии 15-20 см.

В верхнем бьефе отступив на 15-20 см от подошвы верхнего откоса, трассу водосброса плавно поворачивают к руслу водотока заглубляя его  на уровень НПУ на 3-4 м.

По намеченной трассе строят продольный профиль. Затем делают предварительную  плановую и высотную компоновку водосброса, учитывая при этом общие правила.

 

 

 

4.1 Гидравлический расчет ковшового водосброса

 

1.По графикам пропускной способности (график № 1) альбома выбираем по расчётному максимальному расходу необходимый шифр ковшового водосброса и, в зависимости от него, находим величину превышения уровня верхнего бьефа над порогом входного оголовка.

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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  2. Сливной периметр прямоугольного ковша находим из формулы пропускной способности водослива:

 

 

где Q - расход, пропускаемый водосбросом,

m - коэффициент расхода, m = 0,46;

b - сливной периметр ковша, м;

g - ускорение силы тяжести,

H - напор на пороге оголовка;

 

3. Определяем скорость  течения воды в конце ковшового  водосброса по формуле:

 

 

где       - площадь  живого сечения всех труб водоводов, определяется по формуле :

 

 

d - диаметр труб , м ;

n - количество ниток

Сливной периметр ковша  определяется по формуле :

 

 

  Сравним необходимую  величину периметра ковша b с величиной периметра типового ковшового водосброса, шифр которого мы определили по графику  1 типового альбома (величину периметра типового сооружения находим, пользуясь планом принятого КВАТ). Если необходимая величина периметра ковша больше или равна типовой, то принятый шифр ковшового водосброса определён верно, входной оголовок пропустит расчётный расход. Если вышеперечисленное условие не соблюдается, то необходимо принять следующий по пропускной способности ковшовой водосброс.

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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 Водовыпуск

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 полного или частичного опорожнения водохранилища при  ремонте плотины со стороны ВБ, для промывки насосов и освежения  воды в рыбоведческих прудах при плотинах из местных грунтов устраиваются водовыпуски, которые предназначаются для пропуска небольших расходов. При необходимости водовыпуски можно использовать для пропуска строительных расходов (с соответствующим гидравлическим обоснованием).

Водовыпуски могут выполняться  из стальных сварных, чугунных или железобетонных труб, работающих как напорные, труба  водовыпуска располагается непосредственно  в основании плотины, в наиболее пониженной части тальвега или вблизи его укладывается на спланированное основание с небольшим уклоном.

Во избежание фильтрации вдоль труб, способных вызвать  суффозию, предусматривают стальные или железобетонные диафрагмы (в  зависимости от материала труб), располагая их в местах стыков отдельных  звеньев труб.

Для этих же целей вокруг труб укладывают слой глины или глинобетона. На входном раструбе необходима сороудерживающая решетка.

 

Включение и выключение водовыпуска осуществляется вручную  винтом  задвижкой, расположенной  обычно в конце трубы в смотровом  колодце.

Выходной участок трубопровода часто операется на свайную опору. На выходном отверстии водовыпуска  устраивается рассеивающий порог. При  пересечении трубопроводом пленочного экрана плотины, в последнем делается крестообразный надрез, края надреза  прикрепляются к трубе битумной мастикой и стягиваются просмоленной веревкой.

 

5.1 Гидравлический расчет и конструкция водовыпуска

 

Для полного или частичного опорожнения водохранилища при  ремонте плотины со стороны ВБ, для промывки насосов и освежения  воды в рыбоводческих прудах при  плотинах из местных грунтов устраиваются водовыпуски, которые предназначаются  для пропуска небольших расходов. При необходимости водовыпуски  можно использовать для пропуска строительных расходов ( с соответствующим  гидравлическим обоснованием).