Гидроузел с плотиной из грунтовых материалов (стр. 2 из 12)

Рассмотрим створ I-I:

- маленькая длина плотины по гребню

- по обоим берегам – максимальные уклоны, следовательно, маленькая площадь зеркала при большом объёме водохранилища – обеспечены.

- удобная возможность размещения берегового водосброса по обоим берегам реки.

Разрез по створу I-I показан на рис. 1.

Рассмотрим створ II-II.

1. Левый берег недостаточно высокий, чтобы можно было построить плотину высотой ок. 14м.

2. Правый берег очень пологий, если бы возможность возведения плотины была, то только с очень большой площадью зеркала водохранилища при маленькой объёме.

3. Длина плотины по гребню плотины была бы очень большой.

Разрез по створу II-II показан на рис. 2.

Рассмотрим створ III-III.

1. Возможности для возведения грунтовой плотины совершенно нет, т.к. левый берег очень пологий.

Разрез по створу III-III показан на рис.3.

Таким образом, наилучшим вариантом для возведения грунтовой плотины, высотой около 14,3м является створ I-I, т.к. по обоим берегам наблюдаются максимальные уклоны на небольшом, сравнительно, расстоянии, это обеспечит создания водохранилища с большим объёмом, но при этом с не большой площадью зеркала водохранилища. В этом створе присутствует возможность создания берегового водосброса под большим углом к оси водохранилища, следовательно вход воды из водосброса в нижний бьеф будет достаточно плавным.

2. Проектирование плотины из грунтовых материалов

2.1 Выбор типа плотины

Плотина – основное подпорное сооружение, предназначенное для создания напора в одном месте.

Плотины, в которых в качестве строительного материала используется грунт, называются грунтовыми.

Расчеты грунтовых плотин выполняются для строительного и эксплуатационного периодов при основном и особом сочетаниях нагрузок. Предварительно на основе данных о створе и районе строительства или аналогов принимается тип плотины и ее профиль, для которого задаются крутизна откосов, ширина берм, ширина гребня (последняя зависит от категории дороги), тип дренажа и крепление верхового откоса. Затем определяется отметка гребня плотины, проводятся фильтрационные расчеты, расчеты фильтрационной прочности плотины, основания и ПФУ, обратных фильтров, дренажей, переходных зон, устойчивости откосов, экрана, защитного слоя, осадок тела плотины и основания, горизонтальных смещений, крепление откосов.

Плотины из грунтовых материалов (земляные насыпные, земляные намывные, каменно-земляные и каменно-набросные) - наиболее распространенный тип водоподпорных сооружений - входят в состав большинства гидроузлов мелиоративного назначения. Для возведения плотин используют, как правило, местные грунты. Конструктивные решения поперечного профиля должны обеспечивать устойчивость плотины и ее основания при всех возможных условиях строительства и эксплуатации, а также нормальную работу противофильтрационных и дренажных устройств и всего сооружения в целом.

Выбор типа плотины в проектной практике осуществляется в соответствии с требованиями СНиП 2.06.05.84* на основании технико-экономического сравнения вариантов различных конструкций или типов плотин. Учитывая их многообразие и невозможности детального изучения в рамках данной работы всех вариантов существующий плотин, ограничимся рассмотрением плотин применительно к условиям учебного курсового проекта, а именно: долина реки сложена нескальными грунтами, т.е. исключается возможность возведения каменно-земляных и каменно-насыпных плотин из-за относительно большой сжимаемости основания и отсутствия каменных материалов в количестве, необходимом для возведения основных частей тела плотины; высота плотин не превышает 20...25 м; плотина возводится методом послойной отсыпки насухо с уплотнением.

В соответствие со сделанными оговорками в курсовом проекте могут быть рассмотрены варианты однородных и неоднородных земляных плотин в зависимости от имеющихся местных карьерных строительных материалов (п.6 задания на проектирование, в котором указаны типы имеющихся карьерных грунтов, местоположение карьеров и дальность транспортировки грунтов в тело плотины). При этом необходимо отметить, что предпочтение следует отдавать карьерам, расположенным в верхнем бьефе плотины, так как в этом случае снижаются до минимума затраты на рекультивацию карьеров и несколько повышается объем водохранилища. По возможности следует максимально применять грунты, залегающие вблизи створа, а также целесообразно более полное использование грунтов полезных выемок. Для тела плотины можно использовать практически все виды грунтов, за исключением грунтов, содержащих водорастворимые включения хлоридных солей более 5% по массе, а сульфатных или сульфатно-хлоридных - более 10%; не полностью разложившиеся органические вещества (остатки растений и т.п.) - не более 5% по массе или полностью разложившиеся органические вещества (в аморфном состоянии) - не более 8%. При обосновании и проведении необходимых защитных мероприятий эти грунты также допускаются к применению.

Из анализа геологического разреза по створу плотины (рис. 1) видно, что дно реки устилает супесь. Дно плотины подстилает 5 грунт – песок крупный, выше отметки 107 расположен крупнообломочный дресвяной грунт, а по левому и правому берегам реки также выше отметки 107 – крупнообломочный дресвяной грунт. Эти грунты можно использовать для строительства плотины. Кроме того, это выгодно с экономической точки зрения, так как они являются местными строительными материалами. Также присутствуют карьерные крупнообломочные грунты – валунный . Исходя из этих данных, рассматриваем три варианта конструкции плотин

После сопоставления предложенных вариантов грунтовых плотин на начальной стадии проектирования принимаем первый вариант.

А – А (однородная плотина из супеси)

Достоинства:

·Лёгкость возведения плотины

·Простота технологического процесса – легко добывать

·Супесь – неподвержена неблагоприятному воздействию природного фактора.

Недостатки:

·По сравнению с глиной – большой коэффициент фильтрации

·Повышенные объёмы работы в связи с несколько большим коэффициентом заложения откосов, нежели у плотин однородных из глинистых грунтов.

Б – Б (плотина с ядром из суглинка)

Достоинства:

·Значительно уменьшается фильтрация через тело плотины

·Уменьшает заложение низового откоса, следовательно уменьшает объёмы используемого грунта

Недостатки:

·Трудность выполнения работ

·Специфичность глинистого грунта: тяжело добывать при плохих погодных условиях.

·Требуется высокая квалификация рабочих при уплотнении глинистого грунта

·Ядро практически не подлежит ремонту в процессе эксплуатации плотины.

·Поблизости нет глинистого грунта, поэтому его придётся завозить с карьера, а это дополнительные затраты, а также увеличивается срок строительства.

В – В (плотина с экраном)

Достоинства:

·Уменьшается фильтрация водного потока через тело плотины

·Низовой откос плотины может быть выполнен более крутым

·Более простые условия работ при возможном ремонте (по сравнению с плотиной с ядром) противофильтрационного элемента.

Недостатки:

·Трудность в возведении плотины

·Специфичность глинистого грунта

·По объёму экран в несколько раз превосходит ядро.

Предлагаемые типы грунтовых плотин

а) однородная плотина из супеси в теле и супеси в основании с замком;

б) неоднородная плотина с ядром из суглинка

в) неоднородная плотина с экраном из суглинка

Из предложенных выше вариантов плотин выбирается 1 – однородная плотина из супеси с замком в основании, достоинствами которой являются – простота в возведении, простота технологического процесса – легко добывать, также супесь плохо подвергается негативному воздействию природного климата. Основным же пунктом в возведении однородной плотины из супеси является – большое количество супеси имеется в наличии.

2.2 Конструирование поперечного профиля плотины

Один из основных вопросов проектирования плотины из грунтовых материалов — определение устойчивого и экономически выгодного ее профиля.

На размеры поперечного профиля влияют:

1. тип плотины,

2. высота плотины,

3. характеристики грунта тела плотины и ее основания,

4. условия строительства и эксплуатации плотины.

Форма поперечного профиля грунтовой плотины представляет трапецию, большую сторону которой называют подошвой, а меньшую – гребнем.

Поперечный профиль плотины приведен на рис. 4. Подошва плотины не всегда бывает горизонтальной, очертание её зависит от рельефа местности.

2.2.1 Предварительное назначение коэффициентов заложения откосов

Откосы плотины должны быть устойчивыми во время ее строительства и эксплуатации при воздействии статических и динамических нагрузок, фильтрации, капиллярного давления, волн и др.Откосы могут потерять устойчивость из-за:

1. воздействия статических и динамических нагрузок от воды;

2. фильтрации воды;

3. капиллярного давления воды;

4. наличия ходов землеройных животных.

Коэффициент заложения (котангенс угла наклона откоса к горизонту) откосов плотин из грунтовых материалов зависит в основном от типа грунтов, формирующих верховую и низовую части плотины, типа грунтов основания и высоты плотины. Первоначально коэффициент заложения откосов назначается на основании опыта безаварийной работы различных типов плотин соответствующей высоты с характеристиками грунтов, аналогичных принятому для дальнейшего проектирования варианту плотины (см. пункт 2.1). Далее правильность предварительно принятых значений коэффициентов заложений откосов плотин проверяется расчетами устойчивости откосов.