КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ РАБОТ
УСЛУГИ печати
ПРАЙС от 01.01.2012 года
При выборе створа гидроузла учитывают топографические условия поймы реки. Створ земляной плотины располагаем в наиболее узкой части речной долины, нормально к направлению горизонталям местности, что снижает объём строительных работ. Ковшовый водосброс и водозабор располагаются в пойме реки, водоспуск – в наиболее низкой отметке речной долины. Это обусловлено назначением и конструкцией этих сооружений Створ водопропускных сооружений направляем нормально к створу грунтовой плотины. Входное отверстие водоспуска располагаем на отметке уровня воды в нижнем бьефе (УНБ), а входное отверстие водозабора – на отметке уровня мёртвого объёма (УМО). Отметка водосливной части ковшового водосброса принимается на отметке нормального подпорного уровня (НПУ).
2.1 Проектирование плотины из местных материалов
Земляной, а точнее, грунтовой плотиной называют водоподпорное сооружение, возводимое из однородных или неоднородных по механическому составу грунтов. Поперечный профиль земляной плотины показан на рис. 1, где даны также названия отдельных элементов ее. Плотины из грунтов находят самое широкое применение в практике гидротехнического строительства. Они являются основным сооружением в водохранилищных гидроузлах, а также входят в состав речных гидроузлов любого назначения, когда создается разность уровней бьефов. Значительное распространение получили земляные сооружения в водохозяйственном строительстве, особенно гидромелиоративного назначения, при устройстве дамб обвалования, насыпей каналов и пр. Основное и существенное преимущество земляных плотин состоит в том, что для их возведения используют местный строительный материал—грунт. Получение этого материала связано с затратами только на вскрышных работах в карьерах, незначительными по сравнению с общей стоимостью сооружения. Земляные плотины получили широкое распространение благодаря следующим их достоинствам: 1) возможность возведения в любых географических районах; сохранение прочности и устойчивости в сейсмических условиях; 2) применимость для возведения практически любых грунтов, находящихся на месте строительства; 3) механизация всех процессов по разработке, перемещению, укладке и уплотнению грунтов; 4) сохранение грунтом тела плотины своих свойств со временем; отсутствие необходимости в затратах на ремонтные работы в процессе эксплуатации, за исключением ремонта покрытий верхового откоса. К недостаткам земляных плотин можно отнести невозможность сброса паводковых расходов непосредственно через них, наличие в их теле фильтрационного потока, потенциально создающего условия для деформации тела плотины, большие фильтрационные потери воды при некоторых грунтах, заставляющие применять специальные противофильтрационные устройства.
Рис. 1. Поперечный профиль земляной плотины 1—тело плотины; 2—подошва плотины; 3—берма верхового откоса; 4—упор крепления; 5— крепление верхового откоса; 6—гребень плотины; 7—крепление низового откоса; 8—берма низового откоса; 9—дренаж; 1О—замок; 11—естественная поверхность грунта; 12 — водопроницаемый грунт; 13 — водоупор
По конструкции поперечного профиля различают земляные плотины однородные и неоднородные по механическому составу грунта с включением в отдельных случаях противофильтрационных элементов. Исходя из этого признака выделяют шесть характерных типов насыпных плотин (рис. 2). К грунту как к строительному материалу для грунтовых плотин предъявляют требования прочности (характеризуемой сдвиговыми характеристиками - углом внутреннего трения и сцеплением), водоустойчивости (характеризуемой степенью растворимости грунта в воде) и водопроницаемости (характеризуемой коэффициентом фильтрации). Согласно СНиП II-53-73, для строительства земляных насыпных плотин допускается использовать любые грунты, за исключением содержащих более 5% хлоридных или сульфатохлоридных солей, более 2% сульфатных солей, более 5% не полностью разложившихся или более 8% полностью разложившихся органических примесей (такие грунты можно применять только при наличии соответствующего обоснования). Рис. 2. Типы земляных насыпных плотин а - однородная (из грунта одного вида): б - неоднородная (из грунтов нескольких видов); в - с экраном из негрунтовых материалов; г - с экраном из грунта; д - с ядром из грунта; е - с диафрагмой
По условиям размещения грунтов можно выделить три характерные части поперечного профиля плотины: 1) основная часть; 2) часть, занятая противофильтрационными устройствами; 3) часть, занятая дренажем. Грунты каждой из этих частей поперечного профиля плотины должны отвечать различным требованиям исходя из выполняемых ими задач. В основной части практически можно использовать все виды нескальных грунтов, а также отходы металлургической промышленности и тепловых электростанций. Для противофильтрационных устройств применимы маловодопроницаемые грунты (суглинки, глины, торф) и искусственные грунтовые смеси (глинобетон), для дренажей—несвязные грунты с повышенным коэффициентом фильтрации (пески различной крупности, гравий, галька, щебень, песчано-гравелистые смеси и крупные камни). Плотина принятая к проектированию относится к грунтовым насыпным плотинам с противофильтрационным экраном из грунта (рис 2 г).
2.2Определение отметки гребня плотины Гребень плотины, как правило, используется для проезда автотранспорта. Ширина его в этом случае определяется категорией дороги. В нашем случае категория дороги – 4, тогда ширина гребня – 10 м. Вдоль гребня плотины с обеих сторон в пределах обочин ставят ограждения в виде столбов, низких стенок и парапетов. Превышение отметки гребня плотины над уровнем воды в водохранилище определяется по расчетной формуле: где: Δhset – ветровой нагон в верхнем бьефе, hrun – высота наката ветровых волн обеспеченностью 1%, a – конструктивный запас по высоте плотины (принимаем равным 0,5 м.). Расчет выполняем для двух расчетных случаев: а) уровень воды в водохранилище находится в отметке НПУ б) уровень воды в водохранилище находится в отметке ФПУ Для двух расчетных случаев определяем высоту наката и нагона волны, окончательную отметку гребня плотины выбираем максимальную из двух случаев. а) Уровень воды в водохранилище находится в отметке НПУ Высоту нагона волны определяем по формуле: где: KW – коэффициент принимаемый в зависимости от скорости ветра (принимаем равным 2,1 10-6 м.), V2 – расчетная скорость ветра (по условию 14 м/с), L – длинна разгона волны (по условию 3500 м.), g – ускорение свободного падения (9,81 м/с2),
H1 – глубина воды в верхнем бьефе (6,7 м.), β – угол направления господствующих ветров (по условию 20о) Подставив значения в формулу (2.3) получим Решая квадратное уравнение, находим, что Δhset =0,021 м. Высоту наката волны определяем по формуле: где: Kr, Kp – коэффициенты определяемые по таблице 6 [1] равные 1 и 0,9 соответственно, Ksp – коэффициент определяемый по таблице 7 [1] равный 1,26 Krun – коэффициент определяемый по графику 16 [1] равный 1,41 Для определения коэффициента h1% и высоты волны h определяем безразмерные коэффициенты и по формулам: где: t – продолжительность действия ветра равное 6 ч. или 21600 с. Подставив значения в формулы (2.5) и (2.6) получим и По огибающей кривой графика [1] находим значения коэффициентов ε и η: ε1 = 4,2; η1 = 0,085; ε2 = 2,15; η2 = 0,03; По наименьшим значениям ε и η определяем период волны: высоту волны: Длину волны: Для определения h1% проверяем наличие мелководной или глубоководной зоны, если Н1 < 0,5λ то зона мелководная, если Н1 > 0,5λ то зона глубоководная (6,7 > 5,7). Имеем глубоководную зону. Тогда h1% определится по формуле: где: Ki – коэффициент определяемый по графику 14 [1] равный 2,16 Зная все значения коэффициентов, найдем по формуле (2.4) hrun1%: Вычислив значения нагона и наката волны, определяем значение hs:
б) Уровень воды в водохранилище находится в отметке ФПУ Высоту нагона волны определяем по формуле (2.3) где: KW – коэффициент принимаемый в зависимости от скорости ветра (принимаем равным 2,1 10-6 м.), V2 – расчетная скорость ветра (по условию 11 м/с), L – длинна разгона волны (по условию 3500 м.), g – ускорение свободного падения (9,81 м/с2), H – глубина воды в ВБ ( м), β – угол направления господствующих ветров (по условию 20о) Решая квадратное уравнение, находим, что Δhset =0,011 м. Высоту наката волны определяем по формуле (2.4) где: Kr, Kp – коэффициенты определяемые по таблице 6 [1] равные 1 и 0,9 соответственно, Ksp – коэффициент определяемый по таблице 7 [1] равный 1,1 Krun – коэффициент определяемый по графику 16 [1] равный 1,4 Для определения коэффициента h1% и высоты волны h определяем безразмерные коэффициенты и по формулам (2.5) и (2.6): и По огибающей кривой графика [1] находим значения коэффициентов ε и η: ε1 = 1,87; η1 = 0,025; ε2 = 4,2; η2 =0,09; По наименьшим значениям ε и η определяем период волны(2.7), высоту(2.8) волны и длину волны(2.9):
Для определения h1% проверяем наличие мелководной или глубоководной зоны, если Н1 < 0,5λ то зона мелководная, если Н1 > 0,5λ то зона глубоководная (7,65 > 3,445). Имеем глубоководную зону. Тогда h1% определится по формуле (2.10): где: Ki – коэффициент определяемый по графику 14 [1] равный 2,06 Зная все значения коэффициентов, найдем hrun1%: Вычислив значения нагона и наката волны, определяем значение hs по формуле (2.11): Определим отметку гребня плотины для двух случаев(2.2): Из двух отметок принимаем наибольшую: м
3.2Фильтрационный расчет Под влиянием напора, создаваемого плотиной, из верхнего бьефа в нижний происходит фильтрация через тело плотины и ее основание. Основными задачами фильтрационных расчетов, являются определение удельного и общего расхода фильтрации, положения кривой депрессии и оценка фильтрационной прочности грунтов основания и тела плотины. При фильтрационных расчетах принимаем следующие допущения: фильтрацию рассматриваем в одной плоскости, грунт тела плотины считаем однородно-анизотропным, водоупор считается теоретически водонепроницаемым, положение кривой депрессии не зависит от качества грунта, а определяется только геометрическими размерами тела плотины. Запроектированный поперечный профиль грунтовой плотины приводим к расчетной схеме (рис.1), в которой исключаем отдельные мелкие детали (допустим, наличие и вид противофильтрационного устройства, отметку гребня плотины, конструкцию крепления верхового откоса и т.п.). В верхнем бьефе за расчетный принимаем =205,8м, а в нижнем бьефе – бытовой уровень воды на отметке , при котором будет наблюдаться установившейся расход фильтрационного потока в теле плотины. Рисунок 3. Поперечный профиль запроектированной грунтовой плотины.
Расчет выполняем в следующей последовательности: 1. Находим положение раздельного сечения по формуле Михайлова: 2. Аналитическим расчетом, по расчетной схеме к фильтрационному расчету, определяем длину проекции кривой депрессии на горизонтальную ось: 3.Определим размер эквивалентного слоя: 4.Определим длину проекции кривой депрессии на основание: 5. Величину удельного фильтрационного расхода qm находят из уравнения: Тогда 5. Положение кривой депрессии определяют по уравнению: Для построения кривой депрессии находим координаты точек, расчет сводим в таблицу 2.
Таблица 2. Расчет координат депрессионной кривой.
По полученным координатам строим кривую депрессии (рис.1). 6. Проверим фильтрационную прочность грунтов тела плотины и основания по значению выходного градиента: Так как условие выполняется, то фильтрационная прочность грунтов тела плотины и основания будет обеспечена.
3.3Статический расчет откосов плотины.
Низовой откос плотины больше всего является подверженным обрушению (сползанию), поэтому необходимо выполнить статический расчет его устойчивости. Для этого вычерчиваем поперечный профиль плотины в одинаковом вертикальном и горизонтальном масштабе (1: 1000) с указанием положения кривой депрессии (рис.2). Расчет устойчивости откоса ведем на 1м длины плотины. При определении коэффициента запаса все силы переносим на поверхность скольжения, кроме фильтрационной, которую учитываем как объемную. Расчет выполняем методом кругло-цилиндрических поверхностей скольжения графоаналитическим способом в следующей последовательности: 1. Продлеваем линию низового откоса до пересечения с основанием – линия AB. 2. Из точки B опускаем вниз вертикальную прямую и откладываем на ней расстояние, равное высоте плотины и фиксируем его точкой С. 3. Через точку С в сторону верхового откоса проводим горизонтальную линию и откладываем на ней расстояние, равное 5 , фиксируя его точкой М. 4. Затем через точку М и точку А, расположенную на бровке низового откоса, проводим луч ММ, на котором выбираем центр скольжения О и радиус кривой скольжения таким образом, чтобы кривой скольжения был захвачен весь низовой откос и частично грунт основания. Причем кривая скольжения должна проходить между осью плотины и бровкой низового откоса. Значение радиуса кривой скольжения определяем графически по расчетной схеме, рисунок 1, R=23,3м. Разбиваем полученный сектор обрушения на отсеки шириной . Счет ведем от нулевого отсека, расположенного симметрично относительно перпендикуляра, опущенного из центра скольжения точку О к плоскости основания. Подсчет действующих сил проводим в таблице 3. Приведенная высота для полосы №6 определится из условия: где - объемная масса грунта тела плотины при естественной влажности, =17,8кН/м3; - объемная масса водонасыщенного грунта полосы №6 тела плотины. n – относительная пористость грунта тела плотины, n=0,30. Угол внутреннего трения и удельное сцепление С принимаются по зонам соответственно состоянию и физико-техническим характеристикам грунтов. Начиная с полосы №6, где кривая скольжения проходит по влажным грунтам, угол внутреннего трения и удельное сцепление С уменьшаем на 30%, соответственно получим =22 и С=2,24. По линии кривой скольжения выделяется две характерные зоны, это дуга кривой скольжения, проходящая в грунтах естественного состояния (до кривой депрессии), и часть кривой скольжения ниже кривой депрессии. Центральные углы и определяем графически. Длины дуг кривой скольжения определяются из зависимости: Площадь фильтрационного потока в зоне массива обрушения, определяется как: Коэффициент устойчивости грунтового массива обрушения по кривой скольжения, а значит и низового откоса в целом, определится из выражения: где r – плечо действующей гидродинамической силы, определяется графически по расчетной схеме, r=24,0; - выходной градиент принят из результатов фильтрационного расчета, =0,33. Согласно формуле (2.21) подставив в нее необходимые значения получаем: Полученное значение устойчивости =1,18 больше допустимого, следовательно грунтовая плотина запроектирована правильно, устойчивость ее будет обеспечена.
Таблица 3. Определение действующих сил на низовой откос плотины.
3 Проектирование и расчет водозабора Подводящий канал принимаем трапецеидального сечения, с уклоном I =0.0003.Расчет выполняем в соответствии с требованиями п.1.1[2], на пропуск расхода опорожнения водохранилища .Канал располагается на отметке УМО 204 м. В первом слое грунтов- супесь, по таблице1[2] находим, что заложение откосов m=1,5, а коэффициент шероховатости для условий содержаний выше средних таблица 2[7] n=0.0225.Принимаем глубину канала h=1 м, тогда
Для расчета параметров поперечного сечения канала восполбзуемся формулами (4.1) – (4.4), для удобства сведем расчет в таблицу.
Для определения расчетной ширины канала по дну, строится график зависимости(рисунок 4), по которому находим, что для расчетного значения ,ширина канала bк =2,35 м, расчет параметров поперечного сечения канала в таблице 7.
Рисунок 4 Зависимость расходной характеристики и ширины подводящего канала водозабора по дну
Рассчитанные размеры канала должны выполнять условие (4.5) где: Vзаил – допустимая скорость на заиление. Vразм – скорость размыва. Vфакт – фактическая скорость. Т.к. условие (4.5) выполняется, следовательно размеры подводящего канала водоспуска определены правильно и крепление дна и откосов канала не предусматривается. 3.2Гидравлический расчет водозабора Целью гидравлического расчёта водозабора является определение числа ниток трубопроводов, диаметра трубы dт и потерь напора ∑h. Исходные данные к расчету: 1. Расчётный расход Qр=1,4м3/с; 2. Материал труб – сталь (∆э=0,2); 3. Длину трубопровода lтр вычислим по формуле: По расчетной схеме определяем напор, действующий на водозабор
В соответствии со СНиП 2.04.02-84 принимаем 2 нитки трубопровода. Во избежание заиления труб скорость движения воды должна быть не менее 0,7 м/с. Тогда расчётный расход воды в трубопроводе равен Определяем площадь поперечного сечения трубы ω: Определяем диаметр трубы d: Принимаем две нити стальных труб с диаметром d=1100 мм. Уточним скорость движения воды в трубопроводе: Минимальный уровень воды в верхнем бьефе, который обеспечит гарантированный забор определится из условия Где - суммарные потери напора в одной нити трубопровода: Потери напора на входе в трубопровод Потери напора на сороудерживающей решетке Потери напора по длине трубопровода Потери напора на затворе (задвижке) установленном в колодце управления Потери напора на выходе из трубопровода Значения коэффициентов сопротивлений принимают по справочно-нормативной литературе. Тогда Минимальный уровень воды
4 Расчет и проектирование водосброса Водосброс устраивается для сброса в период прохождения паводков излишков воды из водохранилища в нижний бьеф гидроузла. Включает в себя: подводящий канал, водосбросной шлюз, отводящий канал и сопрягающее сооружение. 4.1 Гидравлический расчет отводящего канала Подводящий канал принимаем трапецеидального сечения, с уклоном I =0.0003.Расчет выполняем в соответствии с требованиями п.1.1[2], на пропуск расхода опорожнения водохранилища .Канал располагается на отметке дна 199,1 м. В первом слое грунтов- супесь, по таблице1[2] находим, что заложение откосов m=1,5, а коэффициент шероховатости для условий содержаний выше средних таблица 2[7] n=0.0225.Принимаем глубину канала h=1,5 м, тогда Размеры поперечного сечения подводящего канала устанавливают на основании гидравлического расчета. К параметрам поперечного сечения трапециидального канала относят: - площадь живого сечения - смоченный периметр - гидравлический радиус - коэффициент Шези где: m =1,5- заложение откосов. h =1.5 м- глубина воды в канале. n =0.0225- коэффициент шероховатости. Результаты вычислений приводятся в таблице 4.
Для определения расчетной ширины канала по дну, строится график зависимости(рисунок 4), по которому находим, что для расчетного значения ,ширина канала bк =5,2 м, расчет параметров поперечного сечения канала в таблице 6. Рисунок 6 Зависимость расходной характеристики и ширины отводящего канала водоспуска по дну Таблица 7. Расчет параметров поперечного сечения канала для bк =5,2м
где: Vзаил – допустимая скорость на заиление. Vразм – скорость размыва. Vфакт – фактическая скорость. Условие не выполняется, фактическая скорость больше скорости на размывания, то в соответствии с рекомендациями таблицы 5[2] предусматриваем крепление дна и откосов канала дерновкой плашмя.
4.2 Конструктивный и гидравлический расчеты водосброса Длина водосливного порога определяется из формулы пропускной способности водослива с тонкой стенкой: где - расчетный расход водосброса, м3/с; m – коэффициент расхода; H – напор на водосливном пороге, H= ; - коэффициент подтопления. Толщину стенки с конструктивных соображений принимаем , поэтому m=0,42. Коэффициент подтопления для по таблице принимаем =0,98. Тогда м Число нитей и размеры поперечного сечения водоотводящей трубы определяют на основании гидравлического расчета, из условия равенства H= -геометрического напора на сооружение и алгебраической сумме потерь напора hw в водоотводящей трубе. Отметка уровня воды в нижнем бьефе водосброса определится из условия м. Для создания более спокойного движения воды к шахте, отметка уровня воды в верхнем бьефе принимается на 0,2м выше водосливного порога. В первом приближении назначаем одну нить трубы круглого сечения диаметром 1,4 м.
Площадь живого сечения одной нити: Скорость движения воды в трубопроводе:
Для обеспечения плавного входа потока в трубопровод, предусматриваем раструб dрастр=1,5 Коэффициент сопротивления на входе: Коэффициент сопротивления по длине трубопровода: Определяем длину отводящей трубы ковшового водосброса графо-аналитически. =236,5м Гидравлический радиус: м Коэффициент сопротивления на выходе из трубопровода: Площадь живого сечения на выходе из трубопровода зависит от глубины воды в отводящем канале h=1,5м и ширины водобойного колодца. Как правило, ширину водобойного колодца назначают равную ширине портальной стенки ковша. Ширина портальной стенки ковша должна бы
|