Проектирование комплексного гидроузла с грунтовой плотиной на реке Халюта Иволгинского района

                               ,                       (2)

где: ∆hset – ветровой нагон воды в верхнем бьефе;

hrun1% - высота наката ветровых волн обеспеченностью 1 %;

a – запас возвышения  гребня плотины.

При определении первых  двух слагаемых в (2) обеспеченность скорости ветра для расчета элементов волн, наката и нагона при основном сочетании нагрузок и воздействий (при НПУ) следует принимать по СНиП 2.06.04-82, т.е. для сооружений I , II классов – 2 % (один раз в 50 лет), III,  IV классов – 4 % (один раз в 25 лет). При особом сочетании нагрузок и воздействий (при ФПУ) эти обеспеченности принимаются для I и II классов – 20 %, для III класса -30, для  IV  класса – 50 %. При отсутствии данных наблюдений за скоростью ветра ее значения могут быть приняты по справочным данным.

Запас α определяют как большую из величин - 0,5 м и 0,1 h 1% - (h 1%  - высота волны 1%-ной обеспеченности).

Расчетная скорость ветра на высоте 10 м над уровнем воды определяется по формуле 4:

,                                       (4)

 

где: – скорость ветра, измеренная на высоте z, м;

 – коэффициент  приведения к высоте 10 м ();

 коэффициент пересчета данных по скоростям ветра, измеренным по флюгеру

 

Для определения параметров волн будем использовать СНиП 2.06.04-82* (далее -  просто “СНиП”) и методическое пособие.

 

1.Вычисляем безразмерные  параметры:

                                     ξ===70,45

                       τ===26935,9,                    (3)

где: L-длина разгона волн, т.е. длина водохранилища по направлению ветра, определяемая по плану водохранилища с учётом розы ветров, м;

t- продолжительность действия ветра (при отсутствии сведений о продолжительности действия ветра допускается для предварительных расчетов принимать t = 6 ч =21 600 с);

g – ускорение свободного падения, м/с2;

υω – расчетная скорость ветра на высоте 10 м над уровнем воды, м/с.

По параметру ζ и графику на рисунке 1 (см.приложение), определяем ε1 =1,4 и η1=0,014. По параметру τ аналогично находим ε2=5 и η2= 0,12.

 

2. По меньшему значению ε1=1,3 вычисляем период волн:

 По меньшему значению  η1=0,014 вычисляем высоту волны: 

3. По формуле определяем среднюю длину волны:

               (4)  

4. Обеспеченность высоты волны при определении высоты наката принимаем  равной 1%. Высота волны при этой обеспеченности определяется умножением  средней высоты волны h на коэффициент Кi , который определяется по графику, представленному на рис.2(см. приложение).

Вычисленное по графику значение К1%=2,07. 

Высоту волны 1- процентной обеспеченности находим по формуле:

                                                      (5)

5. Высоту наката волн на откос определяем предварительно определив значения коэффициентов, входящих в эту зависимость:

• Кr и Кp принимаем по таблице 1: для крепления откоса бетонными плитами Кr = 1,0 , Кp = 0,9;
• при скорости ветра υω1=13,9 м/с и  заложении откоса равном 3,0, путем интерполяции Кsp =1,1;
• в зависимости от заложения откоса m1 =3,0 и пологости волны λ / h1% =4,4 /0,39=11,28  Кrun=1,4;
• в зависимости от угла фронта подхода волн к сооружению β1 = 30º Кβ = 0,92;
• в зависимости от обеспеченности по накату волны i = 1 % Krun1% =1,0.

Определяем высоту наката на откос волн 1%ной обеспеченности по формуле:

                                       (6)

=0,39×1,0×0,9×1,1×1,4×0,92×1,0=0,49м

6. Высота ветрового нагона  Δhset принимается по данным натурных наблюдений, а при их отсутствии ее допускается определять методом последовательных приближений по формуле:

                                                           (7)                                                       

                                при β1= 300 и Кω = 2·10 -6:

Так как величина ветрового нагона воды на откос очень малая, то второго приближения не делают.

7. Запас высоты плотины α = 0,1* h1% = 0,1 • 0,49 = 0,049 м.

 Ввиду того  что α < αmin = 0,5 м, принимаем α = 0,5 м.

Возвышение гребня плотины hs над соответствующим расчетным уровнем определим по формуле (2):

hs=0,001+0,49+0,5=0,99м

Отметку гребня плотины по накату волн в  глубоководной зоне:

↓ГП = ↓НПУ + hs                              (8)                                                             

↓ГП=7+1,35=7,99м.

 

 

2.3. Откосы и бермы

Очертание профиля земляной плотины зависит от грунтов, из которых возводится насыпь, типа и высоты плотины, характера грунтов основания и условий строительства. Исходя из гидростатического   распределения   давления грунта в земляной насыпи, следует, что чем она выше, тем более пологим должен быть откос. Проектное заложение откосов должно обеспечить устойчивость плотины в течение всего эксплуатационного периода. Чтобы  убедиться в устойчивости откосов, выполняют статические расчеты, в которых определяют коэффициент запаса. Во всех случаях, когда фактический коэффициент запаса оказывается равен или больше нормативного, плотина считается устойчивой.   В   существующей   методике расчета поперечный профиль плотины должен быть известен,  поэтому нужно  предварительно  задаваться  заложением  откоса,  а  затем  расчетом  подтвердить  правильность   принятого   очертания   плотины   и   ее   устойчивость.

Для крепления верхнего откоса принимаем сборные железобетонные плиты размером 2 * 2 м и толщиной 0,1 м. Масса одной плиты 1т. Плиты объединяем в карты размером 8 * 8м путем омоноличивания швов.

Толщину плит определяем по формуле:

 

 

где: ηпл - коэффициент, принимаемый для монолитных плит, равным 1, а для сборных плит – 1,1;

νпл – объемная масса плиты, m/м3;

В - размер плиты или карты

h% - высота волны 1% - ной вероятности, равна 0,39м.

λ – средняя длина волны , равная 4,4м.

 

 

Результаты расчета подтверждает возможность крепления верхового откоса плитами толщиной 0,1м. Под плитами располагает однослойную фильтровую подготовку толщиной 0,2м.

Железобетонное крепление предусматриваем, начиная от гребня плотины и до отметки ниже УМО на 2h1%=2*0,39=0,78. В нижней части крепления устраиваем упор в виде бетонного массива.

Для низового откоса применяем покрытие почвой, толщиной 0,3м с посевом трав.

2.4. Дренажные устройства

Дренаж – это инженерная система, это подземное сооружение, устраиваемое для перехвата или понижения уровня грунтовых вод позволяющая осушать территорию участка. Одним из наиболее важных условий проведения строительных и ландшафтных работ на территории участка является проектирование правильной системы отвода воды.

В случае отсутствия дренажа на участке, поверхностная влага в виде дождя и снега, а также грунтовые воды, близко прилегающие к поверхности, наносят непоправимый ущерб фундаменту здания, цоколю, подвалам, дорожкам, площадкам. Начинать работы по благоустройству и озеленению просто бессмысленно, если на участке отсутствует система дренажа.

Для отвода дождевой и талой воды существует система ливневого водостока. Она должна эффективно собирать и отводить воду, с ее помощью Вы легко избавитесь от луж на участке и залитого подвала в доме.

 

Наиболее примитивным и недорогим способом организации системы водостока являются канавы, по которым вода стекает в реку, ручей или собирается в дренажном колодце. Такой способ отвода воды оправдан на равнинных территориях, так как на пологом рельефе непросто создать необходимые для такого дренажа углы наклона.

Если местность имеет природный уклон, то канава выкапывается в верхней части, поперек склона, благодаря чему уровень грунтовых вод понижается. Для сбора воды, которая стекает со склона, в его нижней части выкапывается еще одна канава, параллельная первой. Верхняя и нижняя канавы сообщаются посредством третьей канавы или же с помощью гончарного дренажа. Гончарный дренаж создается с помощью труб (коротких или длинных), которые располагаются «елочкой» впритык, после чего засыпаются грунтом в траншеях, благодаря чему происходит отвод воды. Для гончарного дренажа используются эластичные пластиковые трубы с перфорацией, которые можно легко согнуть при необходимости. Вода из нижней канавы отводится в дренажный колодец или ручей. Более крутыми делаются стенки канав в глинистых почвах, так как они более устойчивы, чем в песчаных.

 
2.4 Фильтрационные  расчеты

В данном  проекте используется – однородная плотина с дренажным банкетом. Фильтрационный расчет ведем для однородной грунтовой плотины с дренажным банкетом, имеющей следующие параметры:

Высота плотины Нпл = 8м; ширина гребня вгр = 4м; заложение верхнего откоса m1 = 3; нижнего m2 =2,05 высота дренажного банкета hд=3м, ширина гребня дренажного банкета вд= 2м, заложение откосов дренажного банкета m3 = 1, m4 = 1,5, глубина воды в верхнем бьефе Н1 = 10м.

Уравнения для определения фильтрационного расхода в этом случае имеет вид:

qт= Кт * Н12 – Н22/2 ( Lp + lдр), где:

 

H1 и Н2 – глубина воды в верхнем и нижнем бьефе;

           Lp – ширина эквивалентного профиля плотины по основанию;

 

Lp=ΔL+L

ΔL = β Н1, где

 

β – коэффициент, учитывающий крутизну верхового откоса, определяемый по формуле Г.К.Михайлова:

 

β = m1 / (2 m1 + 1)

при m1 ≥ 2, значение β ≈ 0,4

 

L = m1*d+вгр+m2(H1+d), где

d–превышение гребня плотины над уровнем воды в верхнем бьефе, м

Вгр -ширина гребня, м;

Расход фильтрационного потока через тело плотины qт определяют по зависимости , где

lдр – величина захода депрессионной кривой в дренаж, ею можно пренебречь и принять равной 0.

Кривую депрессии строят по уравнению, задавая х от х = ΔL до х = Lp.

По зависимости определяем ширину эквивалентного профиля плотины по основанию:

Lp = 27,76+2,57=30,33

Удельный фильтрационный расход через тело плотины вычисляем по формуле :

qт = 0,005*36 / 2*30,33=0,0029 м3/сутки

Кт = коэффициент фильтрации для супеси  равен 0,005 м/сутки.

Ордината кривой депрессии в начале дренажа h2 = qт / Кт   h2=0,0029/0,05=0,52м

Координаты кривой депрессии в начале дренажа, определяемого по зависимости равна:

 

 

 

 

Х,м	2,57	5	10	15	20	25	28	30,23
У,м	33,01	30,05	24,1	18,15	12,2	6,25	3,5	0,026