2. Определение отметки гребня плотины

Определение значения отметки гребня плотины ( выполняется в соответствии со СНиП 2.06.05-84. «Плотины грунтовых материалов» для двух значений отметок расчетных уровней воды в верхнем бьефе гидроузла:

(2.1)

Превышение отметки гребня плотины (Рис.2.2) над отметкой расчетного статического уровня воды в водохранилище определяется по формуле:

(2.2)

где: h_s – превышение отметки гребня плотины, м;

Δh_set – высота ветрового нагона воды, м;

h_run1% - высота наката ветровых волн обеспеченностью 1%, м;

– конструктивный запас гребня, м.

Рисунок 2.2. Расчетная схема к определению отметки гребня плотины:

1 – расчетный статический уровень, 2 – уровень воды при ветровом нагоне

1. Установление параметров волн

Параметры ветровых волн, а также величины и определяются в соответствии со СНиП 2.06.04-82 «Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов)».

h – высота волны;

λ – длина волны;

Порядок расчета:

Определяются безразмерные параметры при РУ

и , где t – время непрерывного воздействия ветра – 21600 сек.

Затем по верхней огибающей графика [1] П6 определяются минимальные значения параметров и для каждой пары параметров и .

Определение периода (в секундах) и средней длины волны _d (в метрах) выполняется по формулам:

где – период волны.

Затем выполняется проверка глубоководности водоёма. При этом, если условие

, (2.3)

где – глубина водоёма, выполняется, то водоём считается глубоководным и использование верхней огибающей графика [1] П6 является корректной.

После проверки определяется средняя высота волны

= ×

и высота волны обеспеченностью 1%

h_1%= K_1%×

Величина коэффициента может быть принята для небольших водохранилищ, являющихся предметом проектирования в курсовом проекте, равной 2,06..2,08.

Результаты расчётов сводим в таблицу 2.1

2. Предварительное назначение коэффициентов заложения откосов

По таблице 2.3 «Коэффициенты заложения откосов плотин из грунтовых материалов» [1] для плотины высотой от 15 до 50 метров принимаем : m₁= 3, m₂= 2,5.

3. Выбор типа крепления верхового откоса

Предварительно принимаем каменную наброску, как более гибкий и менее дорогой тип крепления.

4. Расчет и назначение отметки гребня плотины

Для определения превышения крепления над отметкой расчетного уровня в соответствии с формулой (2.1) необходимо установить высоту наката волны на откос , высоту ветрового нагона и величину конструктивного запаса .

Высота наката волны на верховой откос определяется по формуле:

Значение коэффициентов и устанавливаются в зависимости от типа крепления по таблице 2.4 [1]

Принимаем ,

Значение коэффициента устанавливается в зависимости от скорости ветра и коэффициента заложения верхового откоса в месте наката волны по таблице 2.5 [1]. Принимаем

Значение коэффициента устанавливается в зависимости от обеспеченноссти по накату j=1% по таблице 2.6 [1]. Принимаем

Значение коэффициента устанавливается в зависимости от пологости волны, т.е. отношения , и значение коэффициента заложения верхового откоса по графику приложения П7 [1]. Принимаем значение

При подходе фронта волны к сооружению под углом α град., со стороны открытой акватории значение коэффициента следует принимать по таблице 2.7 [1]. Принимаем .

Значение всех определенных коэффициентов вписываются в Таблицу 2.1.

Таблица 2.1.

Пояснения к Таблице 2.1. Определение высоты ветрового нагона

где: V – скорость ветра;

;

L – длина разгона ветровой волны;

H – расчетная глубина воды в водохранилище;

cosα = 1. С учетом всех определенных составляющих запас гребня плотины над расчетным уровнем верхнего бьефа определяем по формуле (2.1)

Из полученных отметок гребня плотины принимается наибольшая с округлением в большую сторону до 0,1 м. Принимаем Гр=116.3м

Высота плотины устанавливается по формуле:

где:

Получаем:

В соответствии со СниП 33-01-2003 «Гидротехнические сооружения. Основные положения» по таблице 2.8 [1] определяем класс сооружения с учетом ее высоты, которая равна 17,8 м.

Данная плотина относится к III классу.

Задачи расчета грунтовых плотин:

- отсутствие перелива воды через гребень;

- отсутствие глухих опасных деформаций;

- расчет устойчивости откосов.

3. Проектирование креплений откосов плотины

   1. Верховой откос

Для защиты верхового откоса от волнового воздействия предусматриваем устройство крепления.

1. Определение верхней и нижней границ основного крепления

Отметку верхней границы совместим с отметкой гребня.

Отметку нижней границы основного крепления назначаем низшей, исходя из условий:

,

где: определяется из таблицы 2.1 при отметке УМО t_льда – толщина льда в водоеме, указанная в бланке задания. t_льда=0.4 м.

Принимаем

2. Обоснование конструкций крепления. Определение параметров крепления

Оценим возможность применения галечникового карьерного грунта. Расчет проводим при отметке НПУ.

Находим массу отдельного элемента крепления m (в тоннах) по формуле:

где: h – расчетная высота волны, м, принимается h_1%, рассчитанной при НПУ

– средняя длина волны, м;

k_fr – коэффициент, учитывающий тип крепления. По таблице 2.9 [1] для каменной наброски принимаем k_fr=0,025;

- плотность камня. По приложению П3 принимаем равным 2,67 т/м³

- плотность воды ( =1 т/м³)

Средний размер камня крепления, приведенный к шару, определяется по формуле:

:

Выполняем проверку пригодности карьерного материала по графику приложения П9 [1], на который наложена кривая ) (рисунок (2.5), показанная красной линией, координаты которой определяются по таблице 2.2.

Значение определяется по формуле:

где: – масса камня, определяемая по формуле (2.4), т;

– масса камня;

Таблица 2.2.

– диаметры фракций камня, мм, приведенные к диаметру шара, показанные, на графике гранулометрического состава грунтов (см. исходные данные)

Рисунок 2.5. «Допустимые пределы изменения гранулометрического состава несортированной каменной наброски»

Так как полученный график значительно выходит за допустимые пределы, приходим к выводу, что данный карьерный грунт не может применяться для крепления верхового откоса плотины. Поэтому крепление для верхового откоса выполним из бетонных и железобетонных монолитных или сборных плит.

Так как высота волны и толщина льда , то даем предпочтение конструкцию из сборных плит.

Толщина плит t такого крепления определяется по формуле:

где: (для сборных плит)

– плотность бетона (

– размер карты (

Так как минимальная толщина для крепления из сборных плит составляет =0.1 м, а , то принимаем толщину

Конструкция крепления верхового откоса показана на Рисунке 2.6.

2. Низовой откос. Выбор типа и конструирования низового откоса

3. Конструирование гребня и берм плотины

Роль крепления низового откоса в пределах волновых воздействий нижнего бьефа выполняет дренажная призма. Остальная часть откоса защищается от атмосферных воздействий посевом многолетних трав по слою растительного грунта толщиной 0.2 м. Также в данном проекте применим сплошную одерновку.

Конструкция крепления низового откоса показана на Рисунке 2.7

4. Конструирование гребня и берм плотины

   1. Назначение размеров гребня и берм

Гребень плотины конструируется, исходя из условия производства работ и эксплуатации плотины. Ширина гребня устанавливается в зависимости от категории прокладываемой по гребню дороги. В соответствии с таблицей 2.11 [1], принимаем категории дороги IV, ширина гребня 10 м, проезжей части – 6 м, обочин – 2 м.

Для стока поверхностных вод придадим двусторонний уклон равный 1,5%, а на обочинах – 4%. В пределах обочин предусматривается устройство ограждения из сигнальных столбиков различной конструкции.

Покрытие дороги выполнено из асфальтобетона с укладкой на подготовку из щебня. По краям проезжей части предусмотрены тротуары.

Берма на верховом откосе совмещена с отметкой гребня верховой строительной перемычки. Ширину бермы на верховом откосе примем 2,5 м.

На низовом откосе установим берму через 10 метров по высоте откоса и придадим ему уклон i=0.05 для отвода поверхностных вод в ливнеотвод. Ширину бермы на низовом откосе назначим 2 м.