Земляная плотина с паводковым водосбросом (стр. 5 из 8)
Расчет устойчивости верхового откоса. Расчеты устойчивости верховых откосов однородных земляных плотин и плотин с центральным ядром выполняются тем же методом круглоцилиндрических поверхностей скольжения, который используется для расчета устойчивости низовых откосов. В качестве основного расчетного принимается случай максимально возможного снижения уровня воды в водохранилище с наибольшей возможной скоростью с учетом сил давления воды при неустановившейся фильтрации.
Коэффициент запаса устойчивости верхового откоса плотин определяется по формуле (3.17), в которой равнодействующая дав-
ления воды по подошве отсека согласно предложению Бишопа вычисляется, как
Рi = (
+ hi - hiru) gw 
, (3.22)где ru - коэффициент порового давления, определяемый по графику (рис.3.6.) в зависимости от плотности скелета грунта и пределов пластичности и текучести.
В этом случае при определении веса отсеков принимается удельный вес грунта, насыщенного водой, а вес столба воды над отсеками не учитывается.
4. Водосбросное сооружение.
В составе низко- и средненапорных гидроузлов с земляной плотиной могут устраиваться открытые и закрытые (трубчатые) водосбросные сооружения.
Открытые водосбросные сооружения могут располагаться в теле земляной плотины (это водосбросные плотины, которые здесь не рассматриваются, т.к. они являются предметом второго курсового проекта по гидротехническим сооружениям) и вне теле плотин (на берегу) - это береговые водосбросы.
Выбор типа водосбросного сооружения зависит от типа плотины и напора на ней, величины паводковых и строительных расходов, топографических, геологических и гидрологических условий района строительства, общей схемы организации работ и пропуска строительных расходов и др., и осуществляется на основании технико-экономического сравнения вариантов.
Береговые водосбросы применяются в составе гидроузлов низкого и среднего напоров с грунтовой плотиной при паводковых расходах, не превышающих 5000 м3/с. При тех же условиях и небольших паводковых расходах (до 100 м3/с, иногда больше), а также узких створах целесообразно применение трубчатых башенных водосбросов, т.к. они используются первоначально для пропуска строительных расходов, а в период эксплуатации они служат также и для смыва отложившихся наносов, и для опорожнения водохранилища.
Башенные водосбросы.
Башенные водосбросы (рис. 4.1а) состоят из: головной части (башни), одной или нескольких труб и концевого участка в виде водобойного колодца или носка-трамплина, который используется для отброса струи и применяется обычно в случае скального основания. Ось башенного водосброса трассируется по возможности перпендикулярно к оси плотины в русле или в пониженных местах поймы.
В башне размещаются ремонтные и рабочие затворы, перекрывающие входные сеченая труб, сороудерживающие решетки и механизмы для маневрирования ими, а также служебные помещения. Сечение башни в плане может быть круглым или прямоугольным. Размеры ее зависят от диаметра трубопроводов. Толщина стенок башни обычно уменьшается снизу вверх, но она не должна быть меньше 20 см.
Размещать башню можно в зоне подошвы верхового откоса плотины, в средней его части или у гребня плотины, но всегда она должна располагаться на прочном материковом грунте.
Трубы малого диаметра могут быть металлическими или железобетонными. Металлические трубопроводы чаще всего укладываются внутри железобетонных галерей, которые используются в период возведения гидроузла для пропуска строительных расходов.
Снаружи металлические трубопроводы покрываются антикоррозионным покрытием.
Трубы больших поперечных сечений выполняются из железобетона с круглыми, овальными или прямоугольными отверстиями. При устройстве нескольких труб они объединяются в общую многоочковую конструкцию. Внешние поверхности железобетонных труб делаются вертикальными .или наклонными, что целесообразнее с точки зрения сопряжения их с телом плотины. Трубы должны располагаться на плотном грунте основания на уровне подошвы плотины или ниже ее, в траншее. По длине трубы разрезаются температурно-осадочными швами на секции длиной не более I0...15 м. Для предотвращения фильтрации воды через швы они уплотняются шпонками, а для борьбы с контактной фильтрацией воды вдоль трубы, в местах стыков секций устанавливаются противофильтрационные ребра (диафрагмы).
Подходной участок к башенному водосбросу выполняется в виде канала, рассчитанного на пропуск строительного расхода. Дно и откосы его крепятся каменной неброской или бетонными плитами в зависимости от скорости течения.
Пропускная способность напорных башенных водосбросов (Q) определяется по формуле:
Q = m w
, (4.1)где w - площадь выходного поперечного сечения трубы;
- коэффициент расхода;
g - ускорение свободного падения;
Нq - действующий напор, принимаемый равным разности между расчетным уровнем воды в верхнем бьефе (НПУ) и центром тяжести выходного сечения трубы при незатопленном истечении, и разности НПУ и уровня нижнего бьефа, соответствующего пропуску расчетного расхода, - при затопленном выходном отверстии.
Коэффициент расхода напорного башенного водосброса
m =
, (4.2)где
- сумма коэффициентов сопротивлений местных и по длине.В глубинных водосбросах постоянного поперечного сечения, работающих в напорном режиме, надлежит учитывать следующие виды местных сопротивлений:
- на вход (коэффициент сопротивления для прямоугольного входа xвх = 0,42, при криволинейном очертании ( по радиусу) - 0,10, для определения xвх других форм оголовков имеются специальные графики [10];
- в пазах плоских затворов при относительной ширине паза
bп/ b <0,1 следует приниматьxп = 0,05, при bп/ b > 0,2 xп = 0,1. Здесь b - ширина водосбросного отверстия на участке размещения затворов, bп - ширина паза. Для двух и более последовательно расположенных пазов затворов коэффициенты сопротивлений следует суммировать - на сороудерживающей решетке
xр = b(
)4/3sin a (4.3)где s - толщина стержня решетки;
bc - величина просвета между стержнями;
b - коэффициент, зависящий от формы стержней ( при круглой форме стержней b = 1,79);
a - угол наклона решетки к горизонту.
Если глубинные водосбросы имеют повороты, сужение, расширение и т.д. коэффициент сопротивления для них определяется по [10].
Коэффициент сопротивления по длине
xдл. =
, (4.4)где l - длина трубы;
R =
- гидравлический радиус;c- смоченный параметр.
Для круглого сечения R =
, где d - диаметр трубы.С - коэффициент Шези, может быть определен по формуле Манинга
С =
, (4.5)где n - коэффициент шероховатости (для бетонной поверхности , он может быть принят равным 0,012 [10]).
Гидравлический расчет башенного водосброса выполняется в следующем порядке:
На поперечном разрезе земляной плотины выбирают местоположение башни и определяют длину трубы.
Задаются формой и размерами поперечного сечения трубы, ее продольным уклоном и по формуле Шези
Qтр. = wс
, (4.6)находят пропускную способность одной трубы.
Здесь w - площадь живого сечения одной трубы;
С - коэффициент Шези;
R - гидравлический радиус;
J - уклон дна трубы.
Определяют необходимое количество труб для пропуска в безнапорном режиме строительного расхода
n =
(4.7)По зависимости (4.1) проверяют пропуск расчетного паводкового расхода через найденное ( по условиям пропуска строительного расхода) количество труб. Если принятого количества труб и их размеров оказывается недостаточно для пропуска расчетного паводкового расхода, то увеличивают либо размер поперечного сечения трубы, либо количество труб.
Береговые открытые водосбросы.
Открытые береговые водосбросы состоят из подводящего канала, головной части в виде водосливной плотины, регулирующей сбрасываемый расход, сопрягающего сооружения и отводящего канала. Иногда между водосливной плотиной и сопрягающим сооружением устраивается промежуточный канал. Ось водосбросного тракта стремятся трассировать перпендикулярно горизонталям по возможности прямолинейной, что дает минимальную его длину.
Трасса водосброса может быть криволинейной, она может проходить в пределах плеча плотины или вне ее.
По выбранной трассе водосбросного тракта на миллиметровой бумаге в масштабе строится продольный профиль дневной поверхности. На профиль наносятся все элементы водосброса таким образом, чтобы основания всех сооружений располагались на прочном коренном грунте при минимальных объемах земляных работ по устройству котлованов под сооружения водосброса.
Подводящий канал должен обеспечивать плавный подвод воды к водосливу. В плане он обычно имеет криволинейное очертание. При больших глубинах канал может выполнятся с горизонтальным дном, а при малых глубинах - с обратным уклоном, что обеспечивает более равномерный и плавный вход в него воды. Поперечное сечение подводящего канала трапецеидальное с заложением откосов от 1,5 до 2,5 в нескальных грунтах и от 0,5 до вертикальных - в скальных. Если скорость потока в канале превышают допустимые по размыву, дно и откосы его укрепляются каменной наброской или бетонными плитами.