Водохранилищный гидроузел с плотиной из грунтовых материалов

Содержание

Исходные данные

1. Введение
1. Назначение водохранилищного гидроузла
2. Состав сооружений гидроузла
2. Компоновка сооружений гидроузла
1. Выбор створа гидроузла
2. Выбор трасс и месторасположения водопропускных сооружений
3. Проектирование грунтовой плотины
1. Выбор типа плотины
2. Проектирование поперечного профиля плотины
1. Конструирование гребня плотины
2. Определение глубины водохранилища в створе плотины и предварительная высота плотины
3. Назначение заложения откосов и устройство берм
4. Расчет отметки гребня плотины
5. Выбор противофильтрационного устройства в теле плотины и ее основании
6. Выбор конструкции дренажа
3. Фильтрационный расчет однородной плотины с водопроницаемом основанием
4. Фильтрационный расчет однородной плотины с дренажом
5. Фильтрационный расчет однородной плотины с дренажом и ядром
6. Расчёт устойчивости низового откоса методом кругло-цилиндрических поверхностей обрушения.
7. Выбор створа гидроузла
4. Водовыпуск

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Исходные данные:

Вариант: 1

№ топографии: 1

Ñ НПУ в метрах: 110

Расход водосброса, м³/с: 20

Расход водовыпуска, м³/с: 0,3

Длина водохранилища, км

НПУ: 4,1

ФПУ: 4,5

Расчетная скорость ветра, м/с

1%: 15

50%: 7,6

Угол, град: 15

Категория автодороги: 2

Ж/б изделия: в 25 км

Камень, гравий: в 1,5 км

Вариант геологии:

	Растительный слой, м	Глина, м	Суглинок, м
Тальвег	-	0-20,0	-
Берега	0-0,25	8-25	0,25-7,0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Введение
1. Назначение водохранилищного гидроузла.

Гидроузел с плотиной из грунтовых  материалов обеспечивает решение следующих  задач:

1. Аккумуляция паводковых расходов воды в водохранилище с целью ее дальнейшей подачи потребителю и с целью уменьшения паводковых расходов на водотоке.
2. Обеспечение водой потребителя (орошение, водоснабжение, обводнение и др.) в соответствии с графиком водоподачи.
3. Уменьшает водную эрозию-смыв плодородного слоя под действием водного потока: в верхнем бьефе площади за счет повышения базиса эрозии; в нижнем бьефе за счет регулирования паводковых сбросов.
4. Создание зон отдыха на территории прилегающей к водохранилищу.
2. Состав сооружений гидроузла.

Гидроузел состоит:

-земляной плотины 

-водосброса 

-водоспуска.

 

2. Компоновка сооружений гидроузла.
1. Выбор створа гидроузла.

Створ гидроузла  назначается в самом узком  месте балки перпендикулярно  к горизонталям , что обеспечивает минимальную длину сооружения, т.е. минимальную стоимость. Предварительно намечают несколько створов, а окончательный вариант назначают на основании технико-экономического расчёта

ÑТ=100,0

Н_нпу=10м

ÑУМО=102,5

2. Выбор трасс и месторасположение водопропускных сооружений.

Водосбросное сооружение нужно  для сброса излишков паводковых вод  в нижний бьеф. Сооружения бывают открытого  и закрытого типов. Если расход воды проходящий через водосбросное сооружение проектируется до 50 м³/с то выбирается конструкция закрытого типа, если больше 50 м³/с то открытого.

Вывод: так как расчётный расход водосброса у нас равен 20 м³/с, то выбираем водосброс закрытого типа

Водосбросы закрытого типа располагают  на крутом берегу , что обеспечивает  минимальную длину сооружения, т.е. стоимость сооружения становится минимальна. Водосбросы открытого типа располагают на пологом берегу что обеспечивает минимум земляных работ

Водовыпуски служат для полного или частичного опустошения водохранилища. Распалагаются они на самых низких отметках , т.е. по отметкам тальвега балки.

 

3. Проектирование грунтовой плотины.
1. Выбор типа плотины.

Тип плотины  зависит от геологических условий  в створе гидроузла. Плотину отсыпаю  из грунта располагаемого по берегам балки. Желательно тело плотины отсыпать из водонепроницаемых грунтов. За экономически рентабельную глубину добычи водонепроницаемого грунта, принимаем глубину его залегания не более 3 метров.

Вывод:

1.Тело  плотины будет отсыпано из  суглинка так как глубина залегания суглинка по геологическому разрезу не превышает экономически рентабельную глубину залегания.

2.Противофильтрационные  устройства  в теле и основании  плотины не нужны, так как  грунт из которого они состоят мало водонепроницаем.

 

2. Проектирование поперечного профиля плотины.
1. Конструирование гребня плотины.

Гребень плотины конструируют из условий  производства работ и эксплуатации. Необходимо обеспечить проезд по гребню транспорта и с/х техники поэтому ширину гребня принимают в зависимости от категории дороги.

Категория дороги II (Лапшенкова стр. 106. Табл. 3.1)

• ширина земляного полотна В_гр = 15 м;
• ширина проезжей части А = 7,5 м;
• ширина обочин Б = 3,75м.

 

2. Определение глубины водохранилища в створе плотины и предварительная высота плотины.

Высоту  плотины назначают с превышением  d над расчётным уровнем воды, превышение d должно гарантировать защиту от перелива через гребень плотины в результате ветровых подъёмов уровней воды или волновых воздействий

Глубина воды в водохранилище при НПУ определяется по формуле:

H_нпу = ÑНПУ - ÑТ = 110-100 = 10м.

Предварительно определяем высоту плотины:

Н_{плотины} = Н_нпу + d+h_ф = 10+1+1.5 = 12,5м.

d – превышение высоты плотины над уровнем воды в водохранилище предварительно принимаем 1м. h_ф – высота форсирования воды во время паводков

3. Назначение заложения откосов и устройство берм.

Откосы  плотины должны быть устойчивы как  во время строительства так и во время эксплуатации, при этом они должны выдерживать динамические воздействия. Откосы должны выдержать фильтрационные силы и капиллярное давление.

Коэффициент заложения откосов предварительно назначают по рекомендациям исходя из опыта строительства и эксплуатации ГТС но затем устойчивость откосов проверяется специальным расчётом. Предварительно заложение откосов принимаем в зависимости от высоты плотины и характера грунтов тела и плотины (Лапшенкова стр.108, табл 3.2)

Верховой: m₁=3,00; низовой m₂=2,25.

Для зашиты откосов от волн, льда, течения воды, осадков, ветра и т.п.

СНиП 2.06.05-84 рекомендуют крепление следующих видов: каменное, бетонное, железобетонное, асфальтобетонное, биологическое.

На  высоких откосах при необходимости  через 10-12 метров по высоте устраивают бермы от 1-3 метров.

Вывод: Бермы не требуются

 

4. Расчет отметки гребня плотины.

Высоту  плотины назначают с превышением  d над расчётным уровнем воды с тем чтобы обеспечить отсутствие перелива через гребень плотины :

d = h_н + Ñh + a

h_н – высота наката волны.

Dh – высота ветрового нагона воды.

a – запас плотины от класса капитальности при 4 классе капитальности =(0,5)

Расчёт  проводят для двух расчётных случаев:

1-й  случай в водохранилище основное  сочетание нагрузок и воздействий(ÑНПУ воды в водохранилище)

2-й  случайпри пропуске максимальных паводковых расходов , особое сочетание нагрузок и воздействий (ÑФПУ воды в водохранилище)

Для 1 случая V_1%

Для 2 случая V_50%

Из  двух расчётных случаев к дальнейшему  проектированию принимается наибольшая отметка гребня плотины.

Порядок расчёта

ÑГ_пл=Н_{нпу(фпу)}+d₁₍₂₎

d₁₍₂₎= h_н + Ñh + a

 

К –  эмпирический коэффициент зависящий скорости ветра.

V	10	20	30
KB	1,2*10-6	2,1*10-6	3*10-6

 

Ñh=K_B*L*cosα

V_1%-скорость ветра при ÑНПУ

L – длина разгона ветровой волны

Н_нпу - глубина воды в водохранилище

α- угол между продольной осью водоёма и  господствующим направлением ветра

g-ускорение свободного падения(9,81 м/с²)

h_H=

 

К_w - коэффициент шероховатости крепления откоса (для гладких (бетонные, ж/б плиты К_ш=1, для креплений гравийно- галечных, бутовых К_ш= 0,7-0,95)

h_в – высота волны.

m₁ – коэффициент заложения верхового откоса.

l - длинна волны.

 

,5

Отметка гребня плотины определяется:

1-й случай при отметке НПУ  скорость ветра 1% обеспеченности  и длине водохранилища при  отметке НПУ.

2-й случай при отметке ФПУ  на 1,5 м больше отметки НПУ скорость ветра 50% обеспеченности и длине водохранилища при отметке ФПУ.

1-й расчётный случай:

d_НПУ = h_н + Ñh + a =1,6+0,015+0,5=2,12 (м)

ÑГ_пл = Н_нпу+d₁=10+2,12=12,12(м)

 

= 1,6(м)

Ñ =0,015(м)

=0,98(м)

=9,2(м)

2-й расчётный случай

d_ФПУ = h_н + Ñh + a =1,3(м)

ÑГ_пл = Н_фпу+d₂=11,5+1,3=12,8(м)

= 0.77(м)

Ñ =0,00296(м)

=0.43(м)

=4,9(м)

Окончательно  принимаем наибольшее значение ,т.е. отметка гребня плотины равна 12,8 м.

3. Фильтрационный расчет, грунтовой плотины без дренажа на водонепроницаемом грунте.

Расчёт  ведут по двум расчётным случаям: первый расчётный случай ведется при ÑНПУ, второй при ÑФПУ

Порядок расчёта:

1)Определяем  раздельное сечение 

Еm₁H_{нпу(фпу)}

Е-коэффициент учитывающий крутизну откоса(Е=0,4)

m₁-заложение верхового откоса

H_{нпу(фпу)}-уровень воды при отметки НПУ(ФПУ)

2)С графика снимаем L

3)Определяем выход депрессионной кривой, на низовом откосе

h₁=

4)Находим расход фильтрационного потока

q_ф=К_ф*(h₁/m₂)

К_ф- коэффициент фильтрации(для суглинка 0,008

m₂-заложение низового откоса

5)Кривую депрессии строят по  следующему уравнению

y=

6)проверяем условие на вымыв частиц плотины

I_cpIcp^kp/K_H

I_cp-действующий средний градиент напора властной области

I_cp^kp-критический средний градиент(0,65)

K_H-коэффициент надёжности(1,1)

I_cp=(Н₁-Н₂)/L

1-й расчётный случай (НПУ)

1) Еm₁H_нпу=12 (м)

2) L_нпу=64,4 (м) (снимаем с графика)

3) h₁== =1,8(м)

4) q_ф=К_ф*(h₁/m₂)=0,008*(1,8/2,25)=0,0064( м³/сут)

х	2	4	10	16	20	26	30	36	40	46	50	56	60,4
у	9,8	9,6	9,2	8,6	8,3	7,6	7,2	6,5	6	5,1	4,5	3,7	1,8

5)

 

 

6) I_cp=(Н₁-Н₂)/L=(10-0)/64,4=0,16

0,16_0,65/1,1

Вывод: условие выполняется вымыв частиц происходить не будет.

2-й расчётный случай (ФПУ)

1) Еm₁H_фпу=13,8 (м)

2) L_нпу=61,5 (м) (снимаем с графика)

3) h₁== =2,5(м)

4) q_ф=К_ф*(h₁/m₂)=0,008*(2,5/2,25)=0,009( м³/сут)

5)

х	2	4	10	16	20	26	30	36	40	46	50	52	56
у	11,3	11,1	10,5	9,8	9,3	8,6	8,1	7,2	6,5	5,4	4,4	3,9	2,5

 

 

 

6) I_cp=(Н₁-Н₂)/L=(11,5-0)/61,5=0,19

0,19_0,65/1,1

Вывод: условие выполняется вымыв частиц происходить не будет.

4. Фильтрационный расчёт однородной плотины с дренажом.

Расчёт  ведут по двум расчётным случаям первый расчётный случай ведется при ÑНПУ, второй при ÑФПУ

Порядок расчёта:

1)Определяем  раздельное сечение 

Еm₁H_{нпу(фпу)}

Е-коэффициент учитывающий крутизну откоса(Е=0,4)

m₁-заложение верхового откоса

H_{нпу(фпу)}-уровень воды при отметки НПУ(ФПУ)

2)С графика снимаем путь фильтрации L_р

3)Находим расход фильтрационного потока

q_ф=К_ф*( H_{нпу(фпу)}/2L_р)

К_ф- коэффициент фильтрации(для суглинка 0,008

L_р –путь фильтрации

5)Кривую депрессии строят по  следующему уравнению

y=

 

6)определяем площадь дренажной трубы

ω_тр= q_ф/(μ*

μ - коэффициент расхода(0,4-0,6)