3. Визначення класу гідротехнічних споруд

Постійні гідротехнічні споруди поділяються на 4 класи і відповідно з класом визначаються значення коефіцієнтів надійності, умов робіт і т.п. при розрахунках їх по граничних станах.

Клас гідровузла встановлюємо по класу греблі. Він встановлюється в залежності від висоти греблі і типу грунту основи. Для цього, скориставшись раніше побудованим геологічним профілем долини річки (рис. 2.1), встановили, що грунт можна віднести до крупних пісків.

Для визначення приблизної висоти греблі знаходимо глибину води перед нею:

d=↓НПР - ↓дна

d = 266,45 – 256,8 = 9,65 (м)

Н_гр=d+2,0

Н_гр= 9,65+2=11,65 (м)

Оскільки Н_гр‹15 м , то по класифікації таблиці 3,1 метод. вказівок клас греблі буде ІV.

4. Земляна гребля. Визначення основних розмірів поперечного профілю

Земляні греблі відносяться до водопідпірних споруд з формою, що в поперечному перерізі схожі на трапецію. Основні елементи профілю показано на рис.4.1.

Рис.4.1 Основні елементи грунтової греблі

а)поперечний розріз;

б)вид з верхнього б’єфу, поєднаний з геологічним розрізом.

1-тіло греблі, 2-гребінь, 3-надовбні, 4-низовий укіс, 5-зворотній фільтр,

6-дренажна призма, 7-поверхня водоупору, 8-шар грунту, що знімається,

9-водопроникний шар, 10-понур.

4.1. Закладання укосів греблі

Коефіцієнт закладання укосів з урахуванням фізико-механічних характеристик грунтів греблі і її основи, висоти греблі, умов виконання робіт та експлуатації діючих сил і таке інше. Для попереднього визначення коефіцієнтів закладання укосів греблі використовуємо таблицю 4.1 метод. вказівок, в якій приведено коефіцієнти закладання укосів в залежності від прийнятої висоти греблі.

Згідно з таблицею 4.1 для висоти греблі 11,65 м закладання верхового укосу приймаємо m₁ = m_h = 3, низового – m₂ = m_t = 2,5.

4.2. Гребінь греблі

Ширина гребеню греблі визначається в залежності від умов виконання робіт і експлуатації. Приймаємо що гребінь греблі буде використовуватись для проїзду транспорту, ширина його вибирається в залежності від категорії дороги, яка буде проходити по гребню.

В курсовому проекті по гребеню греблі проектується дорога ІІІ категорії, основні розміри якої надані в таблиці 4.1.

Таблиця 4.1.

Розміри елементів дороги

Елементи дороги	Розмір, м
Ширина проїзної частини	7
Ширина земляного полотна	12,0
Ширина обочини	2,5

Рис. 4.3. Основні розміри земляного полотна і конструкція гребеню греблі.

4.3. Визначення відмітки гребеню

Відмітку гребеню греблі (↓Г_рГ) необхідно визначити із умов розміщення його над розрахунковим рівнем води.

Перевищення гребню греблі визначається для двох випадків стояння рівнів води у верхньому б’єфі:

1) при нормальному підпірному рівні НПР (рис.4.4,а)

2) при форсованому підпірному рівні ФПР (рис.4.4,б)

Відмітка ФПР може бути визначена тільки після розрахунків водоскиду . Для цього потрібно знати висоту шару форсування . Цю висоту можна прийняти в залежності від максимальної скидної витрати .

↓ФПР= ↓НПР+ Нф

Так як максимальна скидна витрата Q_max= 16,7л/с, то Нф=0,57 тоді за формулою:

↓ФПР = 266,45+0,57=267,02 (м)

Перевищення гребня h_s в обох випадках визначається за залежністю:

,

де - висота накату вітрових хвиль забезпеченістю 1%;

- вітровий нагін води у верхньому б’єфі;

- запас підвищення гребня греблі, м.

Перелічені вище параметри залежать від значень швидкості вітру _4%=14,6м/с, і довжини розгону вітрової хвилі = 3800м.

а) б)

НПР

ФПР

Г_рГ

Г_рГ

в)

Рис.4. Розрахункові схеми для визначення відмітки гребня і параметри хвиль.

Перший розрахунковий випадок:

Дано:↓НПР = 266,45 м; V_w4% = 14,6 м/с; L₁=3800 м;

t=21600c; d₁ = 9,65 м; m_h = ctg φ = 3.

Визначаємо безрозмірні значення:

; ;

По кривій графіка (рис.4.6. метод. вказівок 041-51) знаходимо відповідні значення:

; ;

Порівнюємо значення і вибираємо менше:

; .

Середня довжина хвилі: м

Знаходимо висоту хвилі 1% забезпеченості. При значенні по графіку (рис.4.9. метод. вказівок 041-51) знаходимо значення k_1% =2,07, а потім за формулою:

h_1% = k_1%  = 2,07*0,52=1,08м.

Так як h_1% >1м, то для кріплення укосу приймаємо бетонні плити.

Висота накату на укіс хвилі забезпеченістю 1% по накату визначається за залежністю:

При цьому = 0,9; = 1,0. При максимальній швидкості вітру м/с і m_h = 3, то k_sp=1,1.

Визначаємо пологість хвиль за відношенням =11,3/1,08=10,46. З графіка (рис.4.8 мет. вк.) при значенній пологості і , знаходимо, що =1,4;

За формулою визначаємо h_run1%:

h_run1%=1,0*0,9*1,1*1,4*1,08=1,5м.

Висота вітрового нагону води:

=

де =

Для розрахунку в спрощеному варіанті, приймаємо, що кут =0, тоді напрямок вітру співпадає з віссю греблі.

Запас а приймаємо як більше із двох значень:

0,5м і 0,1 h_1% = 0,11,08 = 0,108м:

а =0,5м

Перевищення греблі по першому розрахунковому випадку:

= 1,5+0,0179+0,5=2,018 м

Відмітка ↓Г_рГ по першому розрахунковому випадку:

↓Г_рГ₁ = ↓НПР + = 266,45+2,018=268,47 м.

Другий розрахунковий випадок:

Дано: ↓ФПР = 267,02 м; V_w50% = 6,7 м/с; L₂= 3800 м;

t=21600c; d₂ = 9,65 м;

Визначаємо безрозмірні значення:

; ;

По кривій графіка (рис.4.6 метод. вказівок) знаходимо відповідні значення:

; ;

Порівнюємо значення і вибираємо менше:

; .

Середня довжина хвилі: м

Висоту хвилі 1% забезпеченості знаходимо по графіку значення k_1% = 2,15 ,

і потім за формулою h_1% = k_1% знаходимо:

h_1% = 2,150,18=0,39 м

= 1,0; = 0,9(взято для бетонного кріплення укосу).

Значення коефіцієнта k_sp визначаємо за таблицею k_sp= 1,1.

Знаходимо відношення . З графіка знаходимо, що k_run=1,4.

За формулою визначаємо  h_run1%:

h_run1%=1,0*0,9*1,1*1,4*0,39=0,54 м.

За формулою визначаємо  h_set :

 h_set = м;

 h_set = м

Визначаємо перевищення гребеня греблі по другому розрахунковому випадку:

= 0,54+0,0038+0,5=1,044 м.

↓Г_рГ₂ = ↓ФПР + = 267,02+1,044=268,06 м.

Порівнюємо відмітки ↓Г_рГ₁ і ↓Г_рГ₂ і беремо більшу з них, тобто:

↓Г_рГ =268,47 м.

Висота греблі: h_гр = d + h_s = 9,65+2,018=11,67 м.

 h_буд = 0,001*11,67^3/2=0,04 м

h_буд = 11,67+0,04=11,71 м

Відмітка гребеня греблі дорівнює:

↓ГГ=268,47+0,04=268,51 м.