Земляная плотина с паводковым водосбросом (стр. 1 из 8)

Г.Г.Круглов, П.М.Богославчик, Н.В.Сурма

Методическое пособие к курсовому проекту по курсу "Гидротехнические сооружения" для студентов специальности Т19.04. ”Водохозяйственное строительство”

Министерство образования Республики Беларусь

Белорусская государственная политехническая академия

Кафедра ”Гидротехническое и энергетическое строительство”

Минск 1997

Введение

Курсовой проект "Плотина из грунтовых материалов с паводковым водосбросом" выполняется студентами в 7-м семестре при изучении дисциплины "Гидротехнические сооружения". Задачей курсового проекта является составление и расчетное обоснование в соответствии с действующей нормативной литературой проекта плотины из грунтовых материалов с паводковым водосбросом, а также закрепление знаний, полученных студентами при изучении соответствующих разделов курса, и приобретение опыта и навыков проектирования.

Состав проекта

В курсовом проекте необходимо разработать следующие основные вопросы:

компоновка сооружений гидроузла;

конструирование поперечного профиля и элементов плотины: гребня, берм, откосов, дренажа, противофильтрационных устройств, креплений верхового и низового откосов и др.;

фильтрационный расчет земляной плотины;

расчет устойчивости низового и верхового откосов плотины;

выбор и обоснование конструкции паводкового водосброса;

гидравлические расчеты водосброса;

выбор схемы пропуска строительных расходов.

Курсовой проект состоит из расчетно-пояснительной записки, иллюстрированной соответствующими расчетными схемами, вычерченными в масштабе на миллиметровой бумаге, и чертежей. На чертежах разрабатывается компоновка гидроузла, поперечные (по русловой и пойменной частям) и продольный разрезы по плотине, план и продольный разрез по оси водосбросного сооружения и его характерные поперечные разрезы.

В расчетно-пояснительной записке приводится краткая характеристика запроектированных сооружений, их обоснование и расчеты.

2. Компоновка гидроузла

В настоящее время проектируют и строят гидроузлы комплексного назначения, в состав которых входят сооружения общие (плотины, водосбросы) и специальные (здания ГЭС, судоходные шлюзы, водозаборы и др.). Специальные сооружения изучаются в соответствующих дисциплинах, по которым студенты также выполняют курсовые проекты, вследствие чего в настоящем проекте разрабатываются только два сооружения: плотина из грунтовых материалов и паводковый водосброс.

Так как план стройплощадки студенту задается, то его первой задачей является выбор створа плотины и оси водосбросного сооружения с учетом топографических, инженерно-геологических условий, а также требований охраны окружающей среды.

При прочих равных условиях предпочтение следует отдавать тому варианту компоновки сооружений, который дает минимальную длину плотины и водосбросного тракта, а также исключает возможность опасных размывов берегов и подмыва плотины при сбросе воды в нижний бьеф.

Водосбросные сооружения бывают открытые или закрытые (туннельные и трубчатые).

Трубчатые водосбросы располагают в теле плотины таким образом, чтобы они могли использоваться также и для пропуска строительных расходов в период возведения плотины.

Открытые водосбросы располагают или вне тела плотины, или они прорезают тело плотины в ее береговых частях.

Примеры компоновок гидроузлов с плотинами из грунтовых материалов и береговыми водосбросами приведены в литературе [1,2,3].

Плотина из грунтовых материалов

Выбор типа и конструкции .плотины является основным вопросом проектирования, который решается на основании технико-экономического сопоставления различных вариантов исходя из топографических, инженерно-геологических, гидрологических и климатических условий, и прежде всего наличия грунтовых строительных материалов в близлежащих карьерах и максимального использования материалов из полезных выемок.

Земляные насыпные плотины можно возводить из всех грунтов, кроме грунтов, содержащих растворимые включения хлоридных солей более 5% по массе и содержащих не полностью разложившиеся органические вещества также более 5% по массе.

Для строительства однородных плотин чаще всего используются суглинки и супеси, а также мелкозернистые и среднезернистые пески, обладающие достаточной водонепроницаемостью и фильтрационной прочностью.

Песчаные и гравийно-галечниковые грунты применяются для устройства тела (верховый и низовой призм) всех типов земляных плотин.

Противофильтрационные элементы плотины (ядра, экраны, понуры, зубья) устраиваются из маловодопроницаемых грунтов (глинистые грунты, торф, грунтовые смеси) с коэффициентом фильтрации менее 10^-4 м/с.

Конструирование поперечного профиля и элементов плотины

Основной задачей проектирования поперечного профиля плотины является определение отметки гребня плотины и его ширины, а также назначение заложения и очертания откосов плотины.

1. Гребень плотины обычно используется для устройства автомобильной или железной дороги, размеры которых назначают, руководствуясь требованиями соответствующих нормативных документов. Основные параметры гребня плотины при устройстве на нем автомобильной дороги приведены в табл. 3.1.

Таблица 3.1

Катего-	Ширина, м
рия дороги	проезжей части	обочин	разделительной полосы	гребня плотины
15,0	3,75	5	27,5
7,5	3,75	-	15,0
7,0	2,5	-	12,0
6,0	2,0	-	10,0
4,5	1,75	-	8,0

При устройстве по гребню железной дороги ширина его должна быть не менее 13...15,5 м.

Если проезд по гребню плотины не предусматривается, минимальная ширина его должна быть 4,5 м. В месте сопряжения земляной плотины с водосбросным сооружением гребень плотины уширяется с целью размещения на нем монтажной площадки (для производства ремонтных и монтажных работ по затворам) и затворохранилища. Длина монтажной площадки назначается равной (1,5...2,5)в где в - ширина водосбросного отверстия.

Для отвода поверхностных вод гребню плотины придается односторонний или двусторонний поперечный уклон (рис.3.1), а на обочинах устраиваются ливнестоки.

Покрытие проезжей части автодороги выбирается в зависимости от ее категории и укладывается на подготовку из гравийно-песчаного или щебеночного грунта. Если гребень плотины сложен из глинистых грунтов, то для его защиты от промерзания укладывается слой несвязного (песчаного) грунта, толщина которого, включая и покрытие гребня, должна быть не менее глубины промерзания грунта в районе строительства.

По краям гребня устраивается ограждение в виде надолб (бетонные столбики размерами 1

0,3 0,3 м с шагом 4 м и более). Со стороны верхнего бьефе может устраиваться сплошной волнозащитный парапет.

Отметка гребня плотины назначается на основе расчета необходимого возвышения его над уровнем воды в верхнем бьефе . При этом рассматриваются два случая стояния уровня воды в верхнем бьефе:

1. Нормальный подпорный уровень (НПУ).

2. Форсированный подпорный уровень (ФПУ).

Возвышение гребня плотины h_S в обоих случаях определяется по формуле

, (3.1)

где а - запас возвышения гребня плотины, принимаемый для всех классов плотин не менее 0,5 м;

- ветровой нагон воды в верхнем бьефе

(3.2)

Здесь

- угол между продольной осью водоема и направлением ветра, град;

- расчетная скорость ветра на высоте 10 м над поверхностью водоема, м/с;

L - длина разгона волны, м;

d - глубина воды в ВБ при расчетном уровне, м;

- коэффициент, определяемый по табл. 3.2.

Таблица 3.2

, м/с	20	30	40	50
10-6	2,1	3	3,9	4,8

- высота наката на откос волн обеспеченностью 1%, м.

. (3.3)

Здесь

- коэффициенты шероховатости и проницаемости откоса, принимаемые по табл.3.3

Таблица 3.3

Конструкция крепления откоса	Относительная шероховатость r/h1%	Коэффициент kr	Коэффициент kp
Бетонные железобетонные плиты	-	1	0,9
Гравийно-галечниковое, каменное или крепление бетонными (железобетонны-ми) блоками	Менее 0,002 0,005...0,01 0,02 0,05 0,1 Более 0,2	1 0,95 0,9 0,8 0,75 0,7	0,9 0,85 0,8 0,7 0,6 0,5

Примечание. Размер шероховатости " r " (м) принимается равным среднему диаметру зерен материалов крепления откоса.