Водосбросная плотина в составе средненапорного гидроузла

3.2 Решение фильтрационной  задачи.

Расчет выполняется  методом коэффициентов сопротивления, который удобен для приблизительных  инженерных оценок. Согласно этому  методу принятый подземный контур делится  на вертикальные и горизонтальные элементы.

Схема для решения фильтрационной задачи:

Потери напора при обтекании потоком каждого  элемента определяются:

,

где –сумма коэффициентов сопротивления

Если формы  и размеры входных и выходных равны, то

_{Для шпунта на понуре:}

,

где T₁,T₂ –глубина залегания расчетного водоупора слева и справа от рассматриваемого шпунта

Горизонтальный  участок понура:

,

где S₁,S₂ –размеры шпунтов, расположенных слева и справа от горизонтального элемента.

Коэф-ты сопротивления:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Потери напора равны:

 

 

Проверка:

 

 

Эпюра противофильтрационного давления

 

 

Максимальный  градиент на выходе фильтрационного  потока равен:

При глубоком залегании водоупора T_расч=T_акт

3.3 Определение фильтрационного  расхода

Удельный  фильтрационный расход может быть определен  по формуле:

где К_ф= м/с, - коэффициент фильтрации.

Q_ф=b·q=270·0,0045=1,215 м³/с

3.4 Проверка фильтрационной  прочности грунтов

Производим  проверку общей фильтрационной прочности  грунта основания. Для этого находим  осредненное значение градиента  напора в основании сооружения и  сравниваем его с критическим  значением  требуемого по СНиП 2.02.02-85.

где I=H/L=12/31,5=0,38;

Н – статический  напор;

L – полная длина пути фильтрации;

I_cr,m =0,60, – значение осредненного критического градиента напора;

g_n=1,25, - коэффициент надежности для I класса сооружений.

0,38<0,48 – условие выполняется

Сконструированный подземный контур удовлетворяет  условия фильтрационной прочности  грунта основания.

 

 

 

 

 

 

 

Глава 4.

Статический расчет водосливной плотины.

4.1 Расчет нагрузок на расчетную  секцию плотины.

Нагрузки  и воздействия на гидротехнические сооружения бывают постоянные, как, например,  вес самого сооружения, вес грунта, давление воды при отсутствии сработки бьефа, и временные, действующие лишь в отдельные периоды существования сооружения. Последние бывают длительно действующими (например, статическое и фильтрационное давление воды, температурные воздействия), кратковременными, как, например, давление волн, плывущего льда, и особыми, действующими в исключительных случаях, как, сейсмические нагрузки (землетрясениях) и давление воды, льда, ветра при исключительных, катастрофических условиях.

В расчетах конструкции рассматриваются обычно сочетания нагрузок и воздействий  основных и особых.

Основные  сочетания нагрузок образуются из следующих  сил:

1. собственный вес водосливной плотины

Для его определения профиль  водосливной плотины разбивают  на несколько элементарных площадей, для которых подсчитываются площадь  и координата центра тяжести.

Вес элементов водослива и быков  вычисляются отдельно по формуле:

,

где –удельный вес бетона

   –площадь поперечного сечения

   –ширина пролета

2. вес быков

3. вес воды определяется аналогично весу бетонных элементов, только
4. взвешивающая сила – вычисляют как площади соответствующей эпюры, умноженные на удельный вес воды и ширину действия.

5. фильтрационная сила – вычисляется аналогично взвешивающей силе

6. гидростатическое давление воды с верхнего и нижнего бьефов – вычисляются как площадь соответствующей эпюры на ширину секции.  За расчетный случай принимается такой, когда уровень воды в верхнем бьефе находится на отметке НПУ, а уровень воды в нижнем бьефе минимальный.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Расчет  величин контактных напряжений в  основании плотины.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Нагрузки		Силы, кН		Плечо	Моменты, кН*м
		верт. +↓	гориз. +←		Опр.	Удерж.
1	2	4	5	6	7	8
Вес элементов водослива  без потерны	G1	115008		0,95	109257,6
Вес глиняной пригрузки	G4	4215,8		10,4		43844,32
Вес ж/б плит	G3	2064		9,7		20020,8
Вес элементов быка	G2	69252		1,13		78254,76
Вес воды	V1	27000		9,5		256500
	V2	2920		3,76		10979,2
	V3	2460		12,77	31414,2
Взвешивающее давление	Wвзв	-76125		0,5		38062,5
Фильтрационное давление	Wф	-4900		10,5	51450
Сила давления воды с верхнего и нижнего бьефов	W1		-28125	10	281250
	W2		-19850	2,13	42280,5
	W3		6125	1,3		7962,5
Потерна	Gпат	13296		0
Боковое давление грунта (активное)	Eакт		-2211,1	1	2211,11
Вес насыщенного грунта	G5	6895		0
Сумма		147035,5	-44061,1		517863,4	455624,1
		139813	-44061,1		62239,32

 

Нормальные контактные напряжения для жестких сооружений рассчитываются по схеме, соответствующей условиям плоской деформации.

В общем случае, напряжения в угловых точках фундаментной плиты, определяются по формуле:

,

где – сумма вертикальных сил

– площадь подошвы фундамента,

– сумма моментов действующих  сил относительно центра тяжести  подошвы (разность между опрокидывающим и удерживающим моментов).

– момент сопротивления, 

Кн = ≤1,5 для глинистых грунтов.

  Следует  сравнить полученные напряжения  с критическими: 2.5*0.4*10,7*30+2*6,5*1,4=

=339,2>203 кН/м (выполняется)

 _<

4.5 Проверка устойчивости  плотины по схеме плоского  сдвига.

При расчете плотины на сдвиг  в плоскости подошвы, на смешанный  или глубинный сдвиг рассматривается  секция плотины, выделенная постоянными  температурно-осадочными швами, проходящими  по оси быков.

Для обеспечения устойчивости сооружения требуется выполнить условие:

Поскольку величина коэффициента надежности К_Н нормируется, это условие может быть представлено в следующем виде:

или в окончательном виде для  плотин на нескальном основании при  сдвиге по горизонтальной плоскости:

,

где P – сумма вертикальных составляющих расчетных нагрузок, включая противодавление;

 – характеристики грунта  по поверхности сдвига;

m – коэффициента условия работы, учитывающий зависимость пассивного  давления от величины горизонтального  смещения сооружения

– сумма горизонтальных составляющих сил гидростатического давления со стороны верхнего и нижнего  бьефа.

Кн=

Условие выполняется.

4.6 Расчёт анкерного понура

W_ф=40461,75кН

W_взв=38587,5кН

G_в=84375 кН

G_пон=G_плит+G_гр+G_бет._пон=6750+16621,9+27000=50371,9кН

_пон=24кН/м³;  _нас.гр=19,7кН

Сила удерживающая понур (вертикальная)

F_уд=G_в+ G_пон- W_ф - W_взв =84 375+50 371,9-40 461,75-38 587,5=55697,65 кН

Реакция анкерного понура

R_анк= F_уд*tgφ+C*F=55 697,65*0,4+6,5*562,5=25 935,31кН

Устойчивость  плотины с учётом анкерного понура

 

Кн= _{Устойчивость обеспечена}

 

Глава V. Гидравлические расчеты пропуска строительных расходов

5.1 Схема пропуска строительных расходов

Строительство ведется на пойме, вода идет по реке. В межень происходит перекрытие реки, вода проходит по отводящему и  подводящему каналам и течет  по фундаментной плите плотины. К  пропуску первого строительного  паводка возводят верховую перемычку  высотой до 1/3 высоты грунтовой плотины. Вода протекает по фундаментной плите. После первого строительного  паводка пропуск строительных расходов осуществляется методом гребенки.

5.2 Расчет пропуска расхода перекрытия

Задача расчета обеспечить, чтобы  перепад верхнего и нижнего бьефов был меньше предельного.

Расход при перекрытии русла: Q_пер = 600 м³/с, t_б = 3.3м

h_б(Q_пер) = 3,3м > 1.3h_кр = 0,65м

Следовательно, условие перекрытия русла удовлетворительны.

5.3 Гидравлический расчет пропуска первого строительного паводка

Строительный расход Q_{стр.вес} = 1600 м³/с, t_б = 4.9м

h_б(Q_пер) = 4,9м > 1.3h_кр = 2.1м

Следовательно, условие пропуск  первого строительного паводка  удовлетворительны.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература.

 

1. Гидротехнические сооружения 1 /Под ред. Л.Н. Рассказова – М.:Стройиздат,1996.
2. Гидротехнические сооружения 2 /Под ред. Л.Н. Рассказова – М.:Стройиздат,1996.
3. Проектирование речных гидроузлов на нескальных основания /Под ред. М.М. Гришина и А.В.Михайлова – М.:Энергия,1967.
4. Гидротехнические сооружения 1 /Под ред.Гришина –М. Высшая школа,1979.
5. Гидротехнические сооружения 2 /Под ред.Гришина –М. Высшая школа,1979
6. Справочник проектировщика / Гидротехничкские сооружения / Под ред.В.П.Недриги, М. Стройиздат, 1983.
7. Методические указания «Водосбросная плотина в составе гидроузла на нескальном основании».