Бетонна Водоскидна гребля

Кафедра «Гідротехнічне і енергетичне будівництво»

Курсова Робота

На тему: «Бетонна Водоскидна гребля»

Мінськ 2009

Зміст

Зміст 2

1. Компонування споруд гідровузла 4

2. Гідравлічні розрахунки 5

2.1 Розрахунок пропускної здатності сифонного водоскиду 5

2.2 Розрахунок сполучення б'єфів 7

2.3 Визначення довжини кріплення русла за водоскидної греблею 9

3. Конструювання тіла греблі і її елементів 12

3.1 Визначення глибини закладення і ширини підошви греблі 12

3.2 Проектування поперечного профілю греблі 12

3.3 Конструкція гравітаційної греблі 12

3.4 Вибір схеми підземного контуру греблі 13

3.5 Конструювання елементів підземного контуру греблі 13

3.5.1 Понура 13

3.5.2 Шпунт 14

3.5.3 Дренажні пристрою 14

3.6 Конструкція водобоя 14

3.7 Конструкція рісберми 15

3.8 Конструкція биків 15

3.9 Конструкція берегових підвалин 16

4. Розрахунок фільтрації в основі бетонної дамби 18

5. Розрахунки греблі на стійкість і міцність 21

5.1 Навантаження і впливи на греблю 21

5.2 Визначення контактних напружень 22

5.3 Розрахунок стійкості греблі на зсув 24

5.4 Розрахунок міцності тіла греблі методами опору матеріалів 27

6. Міркування щодо пропуску будівельних витрат 29

Література 30

1. Компонування споруд гідровузла

Річкові гребельних гідровузли завжди носять індивідуальний характер. У зв'язку з різноманітністю місцевих умов немає можливості при спорудженні даного гідровузла використовувати будь-які типові проекти

До складу гідровузла входять земляна гребля з місцевих матеріалів і бетонна гравітаційна гребля з сифонним водозливом.

Створ греблі вибирається з урахуванням топографічних умов таким чином, щоб гребля мала мінімальну довжину. Схема гідровузла повинна бути, можливо, більш компактною, обсяг і вартість робіт зі зведення споруд, а також експлуатаційні витрати мають бути, можливо, найменшими. При руслової компонуванні водозливна гребля знаходиться в руслі ріки.

Грунт підстави - ​​пісок дрібнозернистий, грунт тіла греблі - пісок середньозернистий.

Висота греблі Н _пл = 12,4, відмітка верху биків - 190 м, максимальний напір Н = 8 м, відмітка НПУ - 187 м, глибина води у ВБ при НПУ - 9,4 м.

Закладення верхового укосу земляної греблі - 3, низового - 2,5. Ширина гребеня - 10 м.

2. Гідравлічні розрахунки

2.1 Розрахунок пропускної здатності сифонного водоскиду

Сифонний водоскид складається з декількох труб прямокутного перерізу, об'єднаних у батареї. Гребені окремих сифонів розташовуються на різних відмітках з метою недопущення одночасного включення всієї батареї при пропуску невеликих паводків.

Форма поперечного перерізу труби - прямокутна, з розмірами 2х5 м. Радіус заокруглення осі горлового ділянки r ₀ = 4 м.

Пропускна здатність сифонного водоскиду визначається за формулою:

ω _вих = a · b = 2.5 = 10 м ² - площа вихідного перетину труби сифона;

- Натиск з урахуванням швидкості підходу;

Н = 4 м - геометричний напір;

- Коефіцієнт витрати;

- Сума коефіцієнтів опору.

Сумарний коефіцієнт опору складається з:

1. Місцевий опір на вхід: ξ _вх = 0,1

2. Місцевий опір на плавне звуження: ξ _пс = k _пс ξ _ВНС = 0,24 · 0,3 = 0,072

k _пс = 0,24

3. Місцевий опір на закруглення: α = 90 ^о k _α = 1 ξ ₉₀ = 0,16

4. Опір на тертя по довжині:

I ділянку:

l ₁ = 4,4 м

II ділянка:

l ₂ = 9,9 м

= 0,438

Пропускна здатність однієї труби:

Необхідна кількість труб:

Ширина водоскиду

швидкість підходу

Пропускна здатність однієї труби з урахуванням швидкості підходу:

Пропускна здатність усього водоскиду:

Перевірка пропуску максимального катастрофічного витрати води через водоскид проводиться за умовою:

Остаточно прийняте кількість труб n = 6.

Таким чином, необхідна пропускна здатність сифонного водоскиду забезпечена.

Для встановлення величини вакууму в горловому перерізі і порівняння його з допустимим значенням проводиться визначення тисків у сифоні.

Вакуум на осі труби в горлі сифона при :

2.2 Розрахунок сполучення б'єфів

Рівень у СБ дорівнює НПУ, а УНБ визначається по кривій зв'язку Q = f (h).

При включенні всієї батареї в НБ скидається 448,8 м ³ / с. Глибина в НБ в цьому випадку дорівнює 5,1 м

Глибина води в стиснутому перерізі знаходиться за зависмости:

φ = 0,95 - коефіцієнт швидкості;

р = 9,4 м - висота водозливу;

У _с = 40 м - ширина потоку в стислому перерізі;

Для визначення глибини води в стиснутому перерізі потрібно вирішити це рівняння методом послідовних наближень.

h''-h _НБ = 0,4 м - відігнаний гідравлічний стрибок. Для того, що б б'єфу сполучалися у формі затопленого гідравлічного стрибка, потрібно штучно затопити його за допомогою гасителів енергії.

Розрахунок водобійного стінки:

Довжина водобоя: .

Для кращого гасіння надлишкової кінетичної енергії потоку, ширина водобоя за течією збільшується. Кут відхилення берегових підвалин від осі водобоя становить 11 ^о.

Ширина водобоя близько водобійного стінки:

Швидкість підходу для водобійного стінки:

Натиск на гребені водобійного стінки:

Висота водобійного стінки в першому наближенні: d _в.ст. = h''- H '= 5,5-3,07 = 2,43 м.

Уточнюється коефіцієнт витрати:

Висота підтоплення h _п = h _НБ - d _в.ст. = 5,1-2,43 = 2,67 м, коефіцієнт підтоплення: σ _п = 0,9

Натиск на гребені водобійного стінки у другому наближенні:

Висота водобійного стінки у другому наближенні: d _в.ст. = h''- H''= 5,5-3,2 = 2,3 м.

При розрахунку водобійного стінки потрібно з'ясувати умова сполучення б'єфів за нею.

Глибина води в стиснутому перерізі знаходиться по залежності: h _c = 1,3 м.

Критична глибина: .

Друга сполучена глибина:

- Стрибок затоплений.

2.3 Визначення довжини кріплення русла за водоскидної греблею

Щоб уникнути руйнування дна русла за греблею, дно і береги русла покриваються спеціальним кріпленням, яке складається з водобоя і рісберми.

Загальна довжина кріплення при сполученні б'єфів в донному режимі визначається за формулою:

Довжина рісберми:

Ширина рісберми:

За горизонтальним ділянкою рісберми для захисту її від підмиву влаштовується кінцеве кріплення у вигляді ковша. Глибина ковша відраховується від рівня води у НБ при пропуску розрахункової витрати і визначається по залежності:

- Питома витрата;

V ₀₁ = 2 м / с - що допускається розмиваються швидкість для засипання ковша (галька крупністю 30 ÷ 100 мм);

χ = 1,2 - коефіцієнт нерівномірності розподілу питомої витрати;

k _р = 1,1 - коефіцієнт, що залежить від умов сходу потоку з рісберми.

3. Конструювання тіла греблі та її елементів

3.1 Визначення глибини закладення і ширини підошви греблі

Для надійного сполучення дамби з основою і запобігання контактної фільтрації підошва греблі виконується з верхнім і низовим подплотіннимі зубами. Глибина зубів - 3,6 м. Ширина зуба по низу - 4 м. Ширина підошви греблі визначається по залежності:

b _n = (1,75 ÷ 2) Z = 2.8 = 16 м Z - різниця рівнів у СБ і НБ.

3.2 Проектування поперечного профілю греблі

Поперечний профіль греблі складається з наступних елементів:

1. Вертикальної напірної грані з консоллю;

2. Криволінійного ділянки (дуга окружності радіусом r ₁ = 3 м);

3. Прямолінійної ділянки;

4. Дуги кола, описаної радіусом R і сопрягающей поверхню водобоя з прямолінійним ділянкою.

3.3 Конструкція гравітаційної греблі

Щоб уникнути появи тріщин при температурних деформаціях або при нерівномірному осіданні гребля розрізається на окремі секції по осі биків.

Для запобігання фільтрації води через тіло греблі уздовж її напірної грані влаштовується дренаж у вигляді системи вертикальних дрен круглого перерізу, які розташовуються на відстані . Дрени мають діаметр 20 см і розташовуються з кроком 2 м.

Для відводу дренажної води, контролю за роботою дрен і станом бетону греблі, прокладки комунікацій, установки конторольной-вимірювальної апаратури, проведення цементації швів, а також ремонтно-відновлювальних робіт влаштовуються поздовжню галерею. Вона розташовується вище меженного рівня води у НБ для забезпечення самопливного відводу води. Ширина галереї - 2 м, висота - 3 м.

Пол галереї - з ухилом 1 / 50 у бік водоскидного кювету, який влаштовується у стіни галереї.

3.4 Вибір схеми підземного контуру греблі

Так як гребля розташовується на піщаних грунтах нескінченної потужності, то підземний контур складається з Понура, висячого шпунта і дренажу під тілом греблі.

3.5 Конструювання елементів підземного контуру греблі

3.5.1 Понура

Понура - водонепроникне покриття в СБ, яке влаштовується для подовження шляхів фільтрації. Анкерний понуро крім основного призначення підвищує стійкість греблі.

Довжина Понура встановлюється відповідно до розрахунку фільтраційної міцності грунту основи і стійкості греблі. Попередньо довжина Понура призначається рівною . Z = 8 м - різниця відміток НПУ та мінімального рівня НБ.

Понура влаштовується з жирної і пластичної глини, що укладається шарами товщиною 10 ÷ 25 см з наступним ущільненням. Товщина Понура в початковому перерізі - 0,6 м, в місці примикання Понура до тіла греблі - 2 м.

Зверху глиняний понуро пригружают захисним шаром грунту товщиною 1,5 м, що охороняється від розмиву кріпленням у вигляді бетонних плит.

3.5.2 Шпунт

Шпунт - вертикальна протифільтраційних перешкода, яка є гасителем напору фільтраційного потоку. Шпунт розташовується з боку напірної грані греблі, в її верховому зубі. Глибина забивання шпунта .

3.5.3 Дренажні пристрої

Горизонтальний дренаж виконується з крупнозернистого матеріалу (щебеню), захищеного зворотним фільтром. Зворотний фільтр влаштовується з 2 х шарів незв'язних грунтів різної крупності (пісок крупнозернистий і щебінь). Товщина кожного шару - 40 см.

3.6 Конструкція водобоя

Водобой виконується у вигляді масивної залізобетонної плити, що закінчується зубом. Для інтенсифікації гасіння кінетичної енергії потоку в межах водобоя розташовується водобійного стінка. Ширина водобоя за течією збільшується, що сприяє кращому гасіння надлишкової кінетичної енергії потоку. Кут відхилення берегових підвалин від осі водобоя становить 11 ^о.

Товщина водобійного плити визначається з умови її стійкості та міцності:

V _з = Q / (B _c · h _c) = 448,8 / (40.0, 75) = 15 м / с - швидкість течії в стислому перерізі;

h _c = 0,75 м - глибина в стислому перерізі.

Для зняття фільтраційного тиску на водобійного плиту під нею влаштовують плоский дренаж із зворотним фільтром. Профільтрувалась вода через дренажні колодязі відводиться в НБ. Дренажні колодязі мають діаметр 1 м і розташовуються в шаховому порядку через 5 м у ряду з відстанню між рядами 5 м.

Плиту водобоя відокремлюють конструктивним швом від тіла греблі. У свою чергу, водобійного плита розрізається вздовж течії поздовжніми вертикальними температурно-осадовими швами, які збігаються з осями биків.

3.7 Конструкція рісберми

Конструкція рісберми гнучка, при можливих деформаціях русла зберігає свою міцність. Рісберма виконується із збірних залізобетонних плит товщиною 0,5 м і проникна для фільтраційного потоку виходить в НБ. Плити з розмірами 3х4 м укладаються в шаховому порядку, довгою стороною за течією.

Кінцевий ділянку рісберми виконується у вигляді запобіжного ковша із закладенням верхового укосу 1:4. Ківш завантажується галькою крупністю 30 ÷ 100 мм.

У межах рісберми підводна частина берегового укосу кріпиться аналогічно самої рісберме.

3.8 Конструкція биків

Товщина биків (перегородок між трубами) - 2 м. Позначка верху биків призначається з урахуванням позначки гребеня глухий греблі, наявності мостового переходу і його габаритів по висоті. Виходячи з цих умов, висота бика приймається на 2 м вище ФПУ.

Довжина бика призначається з умови розміщення транспортного мосту. Ширина проїзної частини моста визначається його габаритом і шириною тротуарів. Габарит мосту Г 8, ширина проїзної частини - 6 м, ширина тротуарів 2х0, 75 м, ширина смуг безпеки 2х1, 0 м.

З урахуванням вище сказаного довжина бика L _б = 10 м.

3.9 Конструкція берегових підвалин

Лицьова грань підвалин в межах водозливу робиться аналогічної гранях биків.

Берег устої складається з трьох частин: вертикальної поздовжньої стінки, паралельної бикам на всю довжину водозливу; верхової та низової сполучають стінок.

Поздовжня вертикальна стінка об'єднується з водозливної частиною греблі в єдину конструкцію. Відмітка гребеня вертикальної поздовжньої стінки дорівнює позначці верху бика.

Верхова та низова открилкі виконуються у вигляді уголкових підпірних стін. Поздовжня стінка відрізається від открилков конструктивними швами, які в свою чергу розрізаються температурно-осадовими швами на секції довжиною 10 м. Водонепроникність швів забезпечена за допомогою гідроізоляційних шпонок. Верхові і низові открилкі розширюються в плані під кутом 11 ^о. Товщина открилков по верху - 0,5 м.

4. Розрахунок фільтрації в основі бетонної дамби

Фільтрація під греблею є напірної.

На підошву греблі діють зважувальне і фільтраційне тиск. Сумарне тиск (протитиск) на підошву греблі обчислюється за формулою:

γ - питома вага води;

l = 1 м - довжина розрахункової секцiї греблі;

S _вз, S _ф - площа епюри вісового і фільтраційного тиску, відповідно;

α ₂ - коефіцієнт ефективної площі протитиску.

Фільтраційний розрахунок підземного контуру гребель на нескельному підставі виконується за методом коефіцієнтів опорів. Підземний контур приводиться до розрахункової схемою шляхом виключення різного роду деталей, що істотно не впливають на результати розрахунку. Розрахунок виконується на 1 погонний метр дамби.

Глибина активної зони фільтрації визначається по залежності:

- При

l ₀ - довжина горизонтальної проекції підземного контуру;

S ₀ - довжина вертикальної проекції підземного контуру.

Так як Т _д = ∞> Т ^_'ак = 15,78 м, то ^Т' _рас = Т ^_'ак = 15,78 м.

Схематизовані підземний контур розбивається на ряд ділянок, для яких обчислюються коефіцієнти опору.

1. Плоский вхід і уступ.

2. Горизонтальний ділянку 1.

3. Уступ.

4. Горизонтальний ділянка 2.

Т. к. , То

5. Шпунт.

6. Горизонтальний ділянку 3.

Т. к. , То

7. Уступ і плоский вихід.

Сума коефіцієнтів опору всіх ділянок контура

Втрата напору на кожній ділянці контура визначається по залежності: , А кожна наступна ордината епюри фільтраційного тиску визначається шляхом вирахування з попередньої ординати втрат напору на даній ділянці.

Фільтраційна міцність грунту буде забезпечена при виконанні умови .

Контролюючий градієнт: .

Допустимий градієнт: .

5. Розрахунки греблі на стійкість і міцність

5.1 Навантаження і впливи на греблю

У основне сполучення навантажень входять: власна вага греблі з урахуванням ваги знаходяться на ній постійних пристроїв, гідростатичний, фільтраційне і хвильове тиску води, активний тиск грунту і тиск наносів з боку СБ.

Навантаження визначаються для виділеної розрахункової секції. Довжина розрахункової секції дорівнює 1 м.

Власний вага греблі знаходиться шляхом розбиття поперечного профілю греблі на ряд елементів правильної форми, визначення їх обсягу і множення на питома вага бетону. Аналогічно визначається привантаження води та грунту.

Гідростатичний тиск води визначається звичайними методами гідравліки. Так сила гідростатичного тиску з боку СБ дорівнює ;

З боку НБ - .

Для визначення хвильового тиску необхідно знати розрахункову висоту хвилі h у СБ.

Висота хвилі 1%-й забезпеченості . K _1% = 2,1

- Середня висота хвилі, яка залежить від безрозмірних величин gt / V _w і gL / V _w ^2.

V _w = 19 м / с - розрахункова швидкість вітру на висоті 10 м над рівнем водойми.

L = 6000 м - довжина розгону хвилі.

Сила хвильового тиску дорівнює

Активне тиск грунту (гор. складова):

Тиск наносів з боку СБ:

Сила вісового тиску: .

Сила фільтраційного тиску: .

У відповідності зі СНиП 2.06.06-85 коефіцієнти надійності за навантаженням приймаються рівними одиниці, отже, розрахункові навантаження будуть нормативними.

5.2 Визначення контактних напружень

Визначення нормальних напружень на контакті бетонна дамба - підстава необхідно для розрахунку міцності споруди, а також оцінки несучої здатності основи.

Розрахунок зручно виконувати в табличній формі.