Проект волнозащитной плотины

 

Минимальное содержание фракций диаметром D_ba, соответствующим расчетной массе камня в несортированной разнозернистой наброске, должно приниматься в соответствии с табл. 3.17.

 

 

 

Таблица 3.17

Минимальное содержание фракций диаметром D_ba

Коэффициент разнозернистости D60/D10	5	10	20	40 - 100
Минимальное содержание фракций диаметром Dba,% (по весу)	50	30	25	20

 

Монолитные  железобетонные крепления откосов  следует проектировать, как правило, в виде секций размером не более 45´45 м каждая, разделенных между собой температурными поперечными и осадочными продольными швами. Секции крепления следует проектировать состоящими из отдельных плит.

Плиты, как правило, следует принимать прямоугольной формы с соотношением сторон 1 £ £ 2, где b_sl – меньшая сторона, располагаемая перпендикулярно урезу воды; размер b_sl назначается, равным 0,4 l, где l – расчетная длина волны, но не более 20 м. В пределах каждой секции армирование должно быть непрерывным.

Крепление откосов  из сборных железобетонных плит следует  проектировать с омоноличиванием их в секции. При соответствующем обосновании допускается крепление из неомоноличенных плит.

Максимальный размер плит следует устанавливать исходя из условий транспортирования и удобства укладки их на откос. Толщину монолитных и сборных железобетонных креплений следует определять расчетом, а также при соответствующем обосновании – по имеющимся аналогам. Толщину плит крепления рекомендуется определять по формуле:

,     (3.31)

 

где j - угол наклона плит к горизонту;

К – коэффициент, принимаемый для сплошных плит равным 0,14, для щелевых – 0,07;

r – удельный вес воды;

r_m1 – удельный вес материала плиты;

l – длина плиты в направлении нормальном к урезу воды.

Обратные фильтры  под креплением откосов, выполненным  в виде каменной наброски, плит с  открытыми швами или со сквозными  отверстиями и т.п., могут состоять из одного слоя разнозернистого материала или двух слоев материалов с различными по крупности частицами, а также из искусственных водопроницаемых материалов (стекловолокна, минеральной ваты и др.).

Под обратными  фильтрами на откосах из глинистых, мелкозернистых песчаных или разжижающихся при динамических нагрузках грунтов следует укладывать песчаную пригрузку, зерновой состав и толщину которой устанавливают на основании данных исследований и расчетов. Под креплениями из монолитных или сборных железобетонных плит (с уплотненными швами или замоноличенных в секции) на откосах из песчаных или глинистых грунтов следует, как правило, укладывать однослойный обратный фильтр. Допускается применение монолитных железобетонных бесфильтровых креплений при соблюдении условий, обеспечивающих надежную работу конструкции.

 

 

 

 

 

3. РАСЧЕТНЫЙ  РАЗДЕЛ

3.1. Расчет отметки гребня плотины

 

Цель работы: Закрепить знания по разделу «Действующие силы, нагрузки, воздействия на сооружения» курсов «Водохозяйственное строительство» и «Инженерные сооружения». Научиться определять волновые и ветровые расчетные характеристики, рассчитывать отметку гребня плотины и корректировать высоту плотины с учетом конечной (стабилизированной) осадки тела и основания сооружения.

Исходные  данные для расчетов при НПУ:

1. Коэффициент заложения верхового откоса .
2. Откос крепится бетонными плитами.
3. Отметки НПУ (от речного дна) приведены в табл. 3.18.
4. Расчетная глубина воды перед плотиной d₁ =25,0 м.
5. Скорость ветра на высоте 10 м над уровнем воды v_l =13,5 м/c.
6. Длина разгона ветровой волны L₁ по направлению ветра приведены в табл. 3.18.
7. Непрерывная продолжительность действия ветра = 6 ч.
8. Обеспеченность по накату волн принять – 1%.
9. Угол подхода фронта волны к сооружению .

Исходные  данные для расчетов при ФПУ:

1. Отметки ФПУ (от речного дна) приведены в таблице 3.18.
2. Расчетная глубина воды перед плотиной d₂ =25,0 м.
3. Скорость ветра на высоте 10 м над уровнем воды v_l =16,5 м/c.
4. Непрерывная продолжительность действия  ветра =11 ч.
5. Обеспеченность по накату волн принять – 1%.
6. Угол подхода фронта волны к сооружению .

Задание: Определить отметки гребня плотины при НПУ и ФПУ. При расчетах использовать [СНиП 2.06.05-84 (1990)]. Рассчитать осадку гребня через 1, 3, 5 лет. Внести поправки на осадку основания и тела плотины из глинистого материала.

Ход выполнения работы:

1. Расчетную скорость, v_w, м/с, следует определять по формуле (3.7), предварительно определив коэффициенты k_fl  по формуле (3.8) и k_l  по табл. 3.7.
2. Для расчета элементов волн вычисляем безразмерные параметры ξ и τ по формулам 3.10 и 3.11.
3. По параметру и рис. 3.5 определяем ξ ₁ и τ ₁. По параметру по  рис. 3.5 находим ξ ₂ и τ ₂.
4. По меньшему значению η_min (из ξ ₁ и τ ₂) вычисляем высоту волны h по формуле (3.12). По меньшему значению ε_min вычисляем период волн Т по формуле (3.13). Определяем среднюю длину волны, по формуле (3.14).
5. Высоту наката волн на откос обеспеченностью 1 % h_{run 1%} рассчитываем по формуле (3.3), предварительно определив значения коэффициентов входящих в эту зависимость. Коэффициенты k_r и k_p принимаем по таблице 3.2, k_sp – по табл. 3.3, k_run – по рис. 3.3 в зависимости от заложения откоса m₁  и пологости волны высота волны при обеспеченности равной 1% определяется умножением средней высоты волны h на коэффициент k_i =k_1% , который определяется по рис. 3.6 в зависимости от  . Находим h_1% = h k_1%.
6. Высоту наката на откос волн обеспеченностью i, h_{run i %},, определяем по формуле (3.4). Коэффициент k_i принимаемый по табл. 3.4 в зависимости от обеспеченности по накату i, %.
7. В случае если α не равен 0, величину наката волн на откос определяем по формуле (3.5), умножаем h_{run i %} на коэффициент k_a, значение которого принимаем по таблице 3.5 в зависимости от угла фронта подхода волн к сооружению α_i;
8. Высоту ветрового нагона Нh_set определяем по формуле (3.6), где k_w – коэффициент, принимаемый по табл. 3.6; в первом приближении подставляем в формулу если величина ветрового нагона воды на откос очень малая, то второго приближения при определении не делают.
9. Возвышение гребня плотины h_s над НПУ рассчитываем по формуле (3.2), запас высоты плотины принимаем , учитывая, что по нормативам минимальное значение должно быть не менее 0,5 м.
10. Отметка гребня плотины по первому расчетному случаю определяется по формуле H_пл=НПУ+h_s.
11. По аналогии  при тех же параметрах верхового откоса рассчитываем отметку гребня при ФПУ .

 

3.2 Расчет  отметки и осадки гребня

 

Исходные данные: коэффициент заложения верхового откоса , откос крепится бетонными плитами, длина разгона ветровой волны L₁ и отметки НПУ приведены в табл. 3.18 , расчетная глубина воды перед плотиной d₁ =16,9 м, скорость ветра на высоте 10 м над уровнем воды v_l =17,5 м/c, непрерывная продолжительность действия ветра = 9 ч, угол подхода фронта волны к сооружению , обеспеченность по накату волн принять – 1%.

Решение:

1. =0,675+4,5/17,1=0,93; k_l =1,095; v_w= k_l k_fl  v_l =17,5.
2. Вычисляем безразмерные параметры

    .

3. По параметру по рис. 3.5 определяем и . По параметру аналогично находится .
4. По меньшему значению _min = вычисляем период волн T=2,32. По меньшему значению находятся h=0,42 м и =8,41 м.
5. Высоту наката волн на откос рассчитываем, предварительно определив значения коэффициентов k_r=1,0, k_р=0,9, k_sp=1,4, k_run=1,39, входящих в эту зависимость по формуле 3.2. Обеспеченность высоты волны принимаем равной 1%, тогда k_1%=2,07. Следовательно h_1% =hk_1%=0,42∙2,07=0,87 м. Тогда:

=0,87∙1,0∙0,9∙1,40∙1,39=1,52 м.

6. При =1,0, тогда h_{run i} =1,52 м. 
7. При =0,92, h_{run i % (при a≠0)} =1,40 м.
8. Высоту ветрового нагона определяют при и , в первом приближении подставляем в формулу так как

≈ 0,01 м.

Так как величина ветрового нагона воды на откос очень малая, то последующими приближениями пренебрегаем.

9. а=0,1∙0,87=0,09 м.

h_s = D h_set + h_{run 1%(при a≠0)} + a=0,01+1,40+0,50=1,91 м, принимаем a=0,50 м, так как по нормативам минимальное значение a не должно быть менее 0,50 м.

10. Отметка гребня плотины по первому расчетному случаю

Н_пл=41,91 м.

11. Осадка гребня составит: S_c = –0,453∙ (1 – ехр(0,08∙H_пл)) ≈ 1 м.

3.3 Определение крутизны волноустойчивого неукрепленного

откоса

 

Исходные данные: Угол естественного откоса грунта тела плотины под водой – φ_о, размер фракций – d_i, м, и доля фракций по массе – р_i, %,  высота расчетной волны, h_cdl, м, ее длина ι, м, приведены в табл. 3.19.

 

 Исходные данные приведены в таблице 3.20.

Таблица 3.20

№	hcd м	d, м	φ0, град	Доля фракций  грунта рi, % при диаметре фракций, мм
				14	7	2,8	1,4	0,7	0,35	0,14	0,07
1	2,5	8,0	30	10,8	1,8	0,7	1,8	5,4	38,5	40,5	0,5

 

Решение:

1. d_o=14∙10,8/100+7∙1,8/100+2,8∙0,7/100+1,4∙1,8/100+0,7∙5,4/100+

+0,35∙38,5/100+0,14∙40,5/100+0,1∙0,035/100=1,93 мм = 0,002 м.

2. Принимаем для подводной части откоса k_l = 0,37 и рассчитываем

м.

3. Определяем нижнюю границу размывающего действия волн

 м.

4. Аналогично рассчитываем значение m для надводного откоса, учитывая коэффициент k_l = 0, 17.
5. m= = 5, 05 м.
6. Определяем верхнюю границу размывающего действия волн

h₁ = 0,5h_cdl = 2,3*0,5 = 1,15 м.

 

3.4 Расчет массы камня для крепления откосов

 

Исходные данные:

1. Расчетные элементы волн непосредственно у откоса h_1% и ι, угол откоса сtgλ=2,0 и плотность камня μ_т приведены в табл. 3.21.
2. Плотность воды ρ=1,000 т/м³.
3. Подход вод к сооружению – фронтальный.
4. z=3,5 м.

Ход выполнения работы:

1. Используя формулу (3.27), определяем минимальную массу камня на откосе до глубины  z = 0,7∙h  и при z > 0,7∙h по формуле (3.28).

2. Находим соответствующий  объем камня по формуле v=m/ρ.

 

Исходные данные: расчетные элементы волн непосредственно у откоса: h_1% = 8.1 м; ι=2,17 м, угол откоса сtgλ=3.0; плотность камня μ_т =2650 кг/м³; плотность воды  ρ=1,000 т/м³; z=3,1 м.

Решение:

1. Вес защитного элемента, находящегося на откосе составит:

 

2. При z=3,1>0,7∙h

=3,4 кг.

 

3. =1493,5 Н. 

Тогда масса камня будет равна 152,4 кг.

Cсоответственно, объемы камня будут 0,068, 0,0013 и 0,058 м³

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

В результате написания  курсового проекта, выполнены следующие расчеты: определена расчетная скорость, v_w, =17,5 м/c, предварительно определив коэффициенты k_fl, ; для расчета элементов волн вычислены безразмерные параметры ξ = 48 и τ = 18162; По параметру определяем и . По параметру - . По меньшему значению _min = вычислен период волн T=2,32. По меньшему значению найден h=0,42 м и =8,41 м; высота ветрового нагона опредена и равна 0,01м; и, исходя из полученных данных, отметка гребня плотины составила 42 м.

Далее, была определена крутизна волноустойчивого неукрепленного подводного и надводного откосов: m = 7,45 и 5,05 метров соответственно.

Рассчитан диапазон объемов  камня для крепления откосов = 0,0013 – 0,068 м³; также средняя масса камня = 152,4 кг. Таким образом задание на курсовой проект полностью выполнено.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

 

1. Альхименко А.И., Беляев Н. Д., Фомин Ю. П. Безопасность морских гидротехнических сооружений: Учебное пособие / Под ред. Альхименко А. И. – СПб. : Издательство «Лань», 2003. – 288с.
2. Белецкий Б.Ф. Технология и механизация строительного производства: Учебник. – Ростов н/Д, Феникс, 2004. – 752 с.
3. Галямина И.Г. Курс комплексного использования водных ресурсов в задачах: учебное пособие. – М.: МГУП, 2003. – 111 с.
4. Кумсиашвили Г.П. Гидроэкологический потенциал водных ресурсов. – М.: ИКЦ «Академкнига», 2005. – 270 с.
5. Мелиорация и водное хозяйство. Т. 5. Водное хозяйство / под ред. И.И. Бородавченко. – М.: Агропромиздат, 1988. – 399 с.
6. Нестеров М.В. Гидротехнические сооружения. – Минск: Новое знание, 2006. – 616 c.
7. П-885-91. Пособие по технологии возведения плотин из грунтовых материалов.  Разработано в объединении "Гидропроект" им. С.Я. Жука, трестом "Гидромеханизация" Минэнерго СССР при участии ВНИИ ВОДГЕО и ЦНИИОМТП Госстроя СССР, 1991.– 116 с.
8. Попов М.А., Румянцев И.С. Природоохранные сооружения. – М: КолосС, 2005. – 520 с.
9. Раткович Д.Я. Актуальные проблемы водообеспечения. – М.: Наука, 2003. – 352 с.
10. СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия.
11. СНиП 2.06.04-82. Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов).
12. СНиП 33-01-2003. Гидротехнические сооружения.