Строительство гидротехнического сооружения

 
 
 

КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ 
 

Факультет водного хозяйства и мелиорации

Кафедра строительства и эксплуатации водохозяйственных  объектов 
 
 
 
 
 
 
 
 

Курсовой  проект на тему:

«Проектирование водохранилищного узла» 
 
 
 
 
 
 

Выполнил: студент группы ВВ-31

Бередин Вадим 

Проверил: Островский Н. В. 
 
 
 
 
 
 
 
 

Краснодар, 2008 
 

СОДЕРЖАНИЕ 

      Введение  

      1 Выбор створа плотины  

      2 Конструирование поперечного профиля плотины 

      3 Расчет фильтрации через однородную грунтовую плотину с дренажем при наличии воды в нижнем бьефе

      4 Расчет осадки грунтов основания грунтовой плотины 

      5 Расчет устойчивости низового откоса грунтовой плотины 

      6 Трубчато-ковшовый водосброс  

            7 Водоспуски. Водовыпуски  

      8 Список использованных источников 

      9 Приложения   

 

ВВЕДЕНИЕ

      Курсовое  проектирование ставит своей целью  систематилизацию и расширение накопленных знаний, а также их практическое применение при проектировании сооружений водохранилищного узла в конкретных условиях гидромелиоративного строительства, определимых заданием на курсовое проектирование.

      Гидротехнические  сооружения постоянно подвержены действию проточной или стоячей воды, оказывающей на это сооружение различное воздействие. Механическое воздействие-вода проявляется в разрушении материалов сооружений и грунтов в их основаниях. Биологическое действие-вода проявляется в разрушительном влиянии, живущих в воде и на подводных частях сооружения различных организмов, которые вызывают гниение древесины, зарастание трубопроводов, нарушение поверхностей сооружения.

      Группы  гидротехнических сооружений, объединённых по расположению и условиям совместной работы, называются гидроузлом. Гидроузлы  являются комплексными, которые выполняют  несколько функций, что позволяет  рационально использовать водные ресурсы. В курсовом проекте ведётся расчёт водохранилищного узла 

 

1 ВЫБОР  СТВОРА ПЛОТИНЫ 

      На  положение створа плотины оказывают влияние различные факторы. Топографические условия определяют длину и высоту плотины. Створ плотины, как правило, располагают в наиболее узкой части водотока, обычно нормально к горизонталям, что обеспечивает минимальные объемы работ, большую роль играют: инженерно-геологические и гидрологические условия, оцениваемые прочностными характеристиками грунтов, их напластованием и водопроницаемостью. Створ плотины целесообразно выбирать одновременно с трассировкой водосбросного тракта. При выборе створа учитывают способ пропуска строительных расходов, наличие и возможность устройства дорожной сети, прокладку линий электропередач.

      В процессе изысканий намечают несколько створов. Створ будущей плотины из них выбирают с учетом перечисленных факторов и на основе результатов технико-экономического сравнения вариантов.

      Для принятого створа делают продольный профиль с фиксацией отметок поверхности земли на пикетах и промежуточных точках. В створе выполняют шурфование и бурение скважин для освещения инженерно-геологического строения основания плотины.

      При проектировании плотин учитывают и  форму речных долин, в которых наблюдается два характерных участка: русловой, где протекает вода в меженное время, и пойменный, затапливаемый в паводок. На горных участках рек и в руслах малых водотоков поперечное сечение обычно имеет очертание, близкое к треугольному, и здесь пойменных участков нет.

      В водохранилищах, создаваемых с помощью грунтовых плотин, различают три уровня поверхности воды: форсированный подпорный (ФПУ); нормальный подпорный (НПУ) и мертвого объема (УМО). Отметки этих уровней устанавливают с помощью водохозяйственных расчетов. Иногда форсировку уровня воды не предусматривают, тогда НПУ и ФПУ имеют одну отметку. 

 

2 КОНСТРУИРОВАНИЕ ПОПЕРЕЧНОГО ПРОФИЛЯ

ПЛОТИНЫ 

      При проектировании плотин первого и  второго класса следует выполнять такие основные расчеты: фильтрационные; устойчивости откосов, экрана и защитного слоя; осадок тела плотины и основания; обратных фильтров, дренажей и переходных зон; крепление откосов на прочность от действия воды, льда и др. Для плотин третьего и четвертого классов разрешается расчеты осадок тела плотины и основания не делать. Класс грунтовых плотин устанавливается по приложениям.

      Расчеты следует выполнять для наиболее характерных поперечных сечений плотин и во всех случаях для основных и особых сочетаний нагрузок, в период эксплуатации и в период их возведения.

      Уклон откосов плотин необходимо назначать, исходя из условий устойчивости с учетом: физико-механических характеристик грунтов откосов и основания; действующих на откосы сил: фильтрационных, капиллярного давления и др.; высоты плотины; условий производства работ по возведению плотины и ее эксплуатации.

      При предварительном назначении заложения  откосов допускается пользование данными аналогичных сооружений с последующей проверкой расчета устойчивости откосов.

      При наличии на верховом откосе экрана из материала, имеющего более низкие значения коэффициента внутреннего трения и коэффициента сцепления по сравнению с грунтом основного тела плотины, заложение верхового откоса следует назначать не только с учетом обрушения откоса в целом, но и сдвига экрана по поверхности откоса.

      Для однородных плотин из песчано-глинистых грунтов при плотных грунтах оснований рекомендуется принимать значения коэффициентов откосов, приведенные в таблице 2.1. Для более высоких плотин значение коэффициентов откосов увеличиваются через 10 м по высоте - верхового на 0,5, низового на 0,25 и уточняются расчетом на устойчивость.

      На  откосах через 10-15 м по высоте устраивают горизонтальные площадки - бермы.

      Ширину гребня плотины назначают в соответствии с нормами проектирования дорог и ожидаемым характером движения по плотине

 

      Таблица 2.1 - Примерные значения коэффициентов  откосов грунтовых плотин 

 
 

      Минимальная ширина гребня 3-4 м, при двухстороннем  движении по плотине - от 6-8 до 10-12 м.

      Возвышение  гребня над расчетным уровнем  верхнего бьефа определяется по формуле: 

                    (2.1) 

      где h_н- высота наката ветровой волны на откос, м;

            h - высота ветрового нагона воды, м а- запас плотины, принимаемый в зависимости от класса капитальности сооружения равным 0,5-1,0 м.,

      Высоту  наката волн на откос h_н (м) определяют по формуле: 

                    (2.2) 

      где К_ш - коэффициент, зависящий от типа покрытия откосов (для гладкого 1,0, для шероховатого 0,55);

            m - коэффициент верхового откоса;

            h_в - высота волны;

            λ - длина волны. 

      Высоту  ветрового нагона ∆h (м) находят по формуле: 

                    (2.3) 

      где К - коэффициент, зависящий от отношении Н /λ, принимается равным     6·10^-3 ;

            ω₁₀ - расчетная скорость ветра в м/с , измеренная на высоте 10 м над уровнем водоема;

            L - длина разгона ветровой волны, км;

            H - глубина водоема, м;

            g - ускорение свободного падения, м/с²;

            α - угол между осью водоема и направлением ветра. 

      Высоту  волны в открытых водохранилищах (м) при длине разгона волны от 3 до 30 км и скоростях ветра до 15 м/с вычисляют по формуле: 

                    (2.4) 

      где ω - скорость ветра, м/с;

            L - длина разгона волны, км.  

      Длину волны  λ (м) определяют по формуле: 

                    (2.5) 
 

      Расчёт: 

      Расчёт  выполняется при следующих природно-климатических условиях и заданных параметрах проектируемого сооружения: отметка основания – 95 м БС, УНБ_мах= 99 м БС, угол между осью водоема и направлением ветра α=15º , условия проезда но гребню плотины - автодорога 4-й категории, отметка НПУ = 107,5 м БС, расчетная скорость ветра 16 м/с, длина разгона волны L=3 км. 

      1 Определяем длину волны по формуле 2.5: 

                    

      2 Определяем высоту волны по формуле 2.4: 

                    

      3 Определяем величину ветрового нагона по формуле 2.3: 

                    

      4 Определяем высоту наката волн на откос по формуле 2.2:

                    

      5 Возвышение гребня над НПУ определяем по формуле 2.1: 

                    

      С учетом полученного расчетного возвышения гребня плотины над ФПУ назначаем отметку гребня плотины 109,542 м БС. На низовом откосе плотины проектируем строительство дренажной призмы. Отметка верха дренажной призмы назначается на 1 м выше УНБ_мах, и составляет 100 м БС. Ширина дренажной призмы по верху назначается 6 м. 

 

3 РАСЧЕТ ФИЛЬТРАЦИИ ЧЕРЕЗ ОДНОРОДНУЮ ЗЕМЛЯНУЮ

ПЛОТИНУ С ДРЕНАЖЕМ ПРИ НАЛИЧИИ ВОДЫ

В НИЖНЕМ БЬЕФЕ 

      При наличии волы в нижнем бьефе для  расчета положения депрессионной кривой в теле плотины применяются следующие расчетные зависимости: 

                    (3.1) 

                    (3.2) 

      где q_Т - удельный фильтрационный расход, м³/с · м;

            k_Т - коэффициент фильтрации тела плотины, м/сут;

            h - глубина фильтрационного потока, м;

            h₀ - глубина воды в нижнем бьефе, м. 

      Конструкция поперечного профиля земляной плотины является, основой для расчёта длины проекции депрессионной кривой фильтрационного потока с использованием зависимости 3.3: