Исходные данные. 1. Данные о расчетных уровнях воды в водохранилище

1. Данные о расчетных уровнях воды в водохранилище

1.1. Отметка нормального подпорного уровня (НПУ) м

1.2. Отметка форсированного подпорного уровня (ФПУ) м

2. Данные о расчетных скоростях ветра

2.1. Расчетная максимальная скорость ветра при НПУ в водохранилище для основного сочетания нагрузок и воздействий м/с

2.2. Расчетная максимальная скорость ветра при ФПУ в водохранилище для особого сочетания нагрузок и воздействий м/с

3. Данные о высоте ветрового нагона воды в водохранилище

3.1. Высота ветрового нагона воды при НПУ в водохранилище для основного сочетания нагрузок и воздействий м

3.2. Высота ветрового нагона воды при ФПУ в водохранилище для особого сочетания нагрузок и воздействий м

4. Данные о параметрах волн в водохранилище

4.1. Высота волны 1% обеспеченности в системе волн при НПУ в водохранилище для основного сочетания нагрузок и воздействий м

4.2. Средняя длина волны при НПУ в водохранилище для основного сочетания нагрузок и воздействий м

4.3. Высота волны 1% обеспеченности в системе волн при ФПУ в водохранилище для особого сочетания нагрузок и воздействий h _1%2 = 1.211 м.

4.4. Средняя длина волны при ФПУ в водохранилище для особого сочетания нагрузок и воздействий м

5. Коэффициент заложения верхового откоса плотины

6. Тип крепления верхового откоса - железобетонные плиты

7. Запас возвышения гребня плотины м

Расчет

1. Определяется отметка гребня плотины , м, для основного сочетания нагрузок и воздействий при НПУ в водохранилище

1.1. Принимаются значения коэффициентов шероховатости и проницаемости откоса в зависимости от типа крепления, а также коэффициента, учитывающего скорость ветра и значение коэффициента заложения откоса

, , .

1.2. Находится значение коэффициента , который учитывает пологость волны и коэффициента заложения откоса

.

1.3. Вычисляется высота наката волны на откос обеспеченностью 1% в системе волн при НПУ в водохранилище для основного сочетания нагрузок и воздействий , м

.

1.4. Определяется возвышение гребня плотины над НПУ в водохранилище для основного сочетания нагрузок и воздействий , м

м.

1.5. Находится отметка гребня плотины , м, для основного сочетания нагрузок и воздействий при НПУ в водохранилище

м.

2. Определяется отметка гребня плотины , м, для особого сочетания нагрузок и воздействий при ФПУ в водохранилище

2.1. Принимаются значения коэффициентов шероховатости и проницаемости откоса в зависимости от типа крепления, а также коэффициента, учитывающего скорость ветра и значение коэффициента заложения откоса

, , .

2.2. Находится значение коэффициента , который учитывает пологость волны и коэффициента заложения откоса

.

2.3. Вычисляется высота наката волны на откос обеспеченностью 1% в системе волн при ФПУ в водохранилище для особого сочетания нагрузок и воздействий , м

.

2.4. Определяется возвышение гребня плотины над НПУ в водохранилище для основного сочетания нагрузок и воздействий , м

м.

2.5. Находится отметка гребня плотины , м, для особого сочетания нагрузок и воздействий при ФПУ в водохранилище

м.

3. Принимается отметка гребня плотины , м, как большая величина из и , округляя в большую сторону с точностью до 10 см

м, м.

Крепления откосов. Крепление откосов земляных насыпных плотин производится для защиты от следующих воздействий:

1. Размыв течением или волнами в верхнем и нижнем бьефах.

2. Разрушение льдом.

3. Размыв фильтрационным потоком, вытекающим из тела плотины (при снижении горизонта воды или при откате волн).

4. Размыв дождевыми и талыми водами, стекающими по откосу.

5. Разрушение под воздействием ветра.

6. Прорастание растений с сильно развитой корневой системой (после отмирания и гниения корней в теле плотины могут раскрыться сосредоточенные пути фильтрации).

7. Проникновение землеройных животных.

8. Пучение глинистого грунта в зимний период или усадка его летом, когда грунт надводной части откоса может пересыхать и давать трещины.

В соответствии со СНиП 2.06.05-84* [10] по основному виду используемых материалов для защиты верхового откоса земляных плотин могут применяться следующие типы креплений:

1) каменные (насыпные);

2) бетонные монолитные;

3) железобетонные сборные и монолитные с обычной и предварительно напряженной арматурой;

4) асфальтобетонные;

5) биологические.

Иногда применяются гравийно-галечниковые, грунтоцементные и др. крепления.

Тип крепления определяется на основе технико-экономического сравнения вариантов с учетом следующих фильтров:

1) максимальное использование средств механизации;

2) использование местных строительных материалов;

3) характер грунта тела плотины;

4) агрессивность воды;

5) долговечность крепления в условиях эксплуатации.

В курсовом проекте выбор типа крепления верхового откоса производится в зависимости от высоты ветровой волны 1% обеспеченности в системе волн h _1%, определенной для основного сочетания нагрузок и воздействий при НПУ в водохранилище. При высоте волны h _1% < 1.2 м принимается каменное крепление в виде наброски. В случае h _1% > 1.2 м выбирается крепление в виде железобетонных плит.

Крепление верхового откоса плотины делится на основное, располагаемое в зоне максимальных волновых и ледовых воздействий, возникающих в эксплуатационный период, и на облегченное – ниже и выше основного крепления, вплоть до гребня плотины. Границы основного крепления верхового откоса плотины показаны на рис. 4.8.

 

Рис. 2.8. Границы основного крепления верхового откоса плотины

 

Верхней границей основного крепления обычно считают отметку гребня плотины. В случае значительного возвышения гребня плотины над расчетным уровнем воды основное крепление может заканчиваться ниже гребня на отметке высоты наката волны h_run; далее до гребня доводится облегченное крепление.

Нижнюю границу основного крепления в соответствии со СНиП 2.06.05-84 [10] следует назначать на глубине h = 2· h`<sub>1%</sub>, считая от минимального уровня сработки водохранилища (обычно УМО). Здесь h`_1% – высота волны 1% обеспеченности, значение которой должно определяться при расчетной скорости ветра, для длины разгона волны и глубины водохранилища, которые соответствуют минимальному уровню воды. В курсовом проекте следует принять h`_1% = 0.5 · h_1%, где h_1% – высота волны 1% обеспеченности, определенная для основного сочетания нагрузок и воздействий при НПУ в водохранилище. Кроме того нижняя граница основного крепления должна быть ниже минимального уровня сработки водохранилища на 1.5· t_л, где t_л – расчетная толщина ледяного покрова.

Облегченное крепление верхового откоса, которое располагается ниже границы основного крепления, обычно доводится до дна водохранилища. Это связано с тем, что облегченное крепление должно защищать откос от повреждений при воздействии льда, волн и течений не только в процессе нормальной эксплуатации, но и в периоды наполнения и опорожнения водохранилища. Облегченное крепление выполняется в виде слоя гравия или щебня толщиной от 25 до 40 см.

При сопряжении основного и облегченного креплений предусматриваются конструктивные меры в виде упора из камня и бетона. На рис, 2.9 показаны конструкции упоров крепления верхового откоса.

 

Рис. 2.9. Конструкции упоров крепления верхового откоса

 

Каменное крепление применяют в основном при наличии на месте строительства камня из прочных изверженных, осадочных или метаморфических пород. Такое крепление хорошо работает при значительной неравномерности осадки основания, при большой агрессивности среды, при резких колебаниях уровней, в суровых климатических условиях, практически при любой расчетной высоте волн. Каменное крепление допускает полную механизацию работ по устройству крепления. Работы по устройству каменного крепления могут производиться в течение круглого года, в том числе и в зимнее время.

Каменное крепление выполняется из рванного камня обязательно на обратном фильтре. Толщина каменной наброски принимается не менее 3· d_s,85, где d_s,85 – диаметр камня, масса которого составляет 85% массы всей каменной наброски крепления.

Диаметр приведенного к шару камня d_s,85 может быть найден по формуле

, (2.9)

где m_st – расчетная масса камня, соответствующая состоянию его предельного равновесия от действия ветровых волн; ρ_st – плотность камня, значение которой может быть принято в пределах от 2400 кг/м³ до 2700 кг/м³.

Значение m_st согласно СНиП 2.06.04-82* [11] может быть определено по формуле

, (2.10)

где h_1% – высота волны 1% обеспеченности в системе волн, значение которой должно определяться при расчетной скорости ветра; λ_m – средняя длина волны; ρ_w – плотность воды; m – коэффициент заложения верхового откоса; k_fr – коэффициент, значение которого принимается равным k_fr = 0.025. Параметры волн h_1% и λ_m принимаются для основного сочетания нагрузок и воздействий при НПУ в водохранилище.

Обратный фильтр под каменной неброской может быть двухслойным или однослойным в зависимости от грунта тела плотины. Если тело плотины выполнено из глинистых грунтов, проектируется двухслойный обратный фильтр. При этом нижний слой выполняется из крупнозернистого песка с гравием, а верхний – из гравия со щебнем. Толщина каждого слоя обратного фильтра принимается в пределах от 15 см до 25 см. В случае, если тело плотины выполнено из крупных песков, проектируется однослойный обратный фильтр из смеси гравия со щебнем.

На рис. 2.10 приведен пример конструкции крепления верхового откоса плотины каменной наброской.

Ниже приведен пример проектирования и расчета каменного крепления.

 

 

 

Рис. 2.10. Конструкция крепления откоса плотины каменной наброской

1 – обратный фильтр; 2 – гравий или щебень (толщина слоя 0.3 м)

 

Пример 2.3. Расчет каменного крепления верхового откоса плотины