Конструирование поперечного профиля

Плотина из грунтовых материалов

Плотины, возводимые из грунтов, как строительного материала, называются грунтовыми.

Земляные насыпные плотины являются наиболее распространенным типом грунтовых плотин для гидроузлов с низким и средним напором и имеют высоту не более 50 – 60 м. Их возводят из всех грунтов, за исключением тех, которые содержат водорастворимые включения и не полностью разложившиеся органические вещества более 8% массы.

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

Противофильтрационные элементы плотин устраиваются из маловодопроницаемых грунтов с коэффициентом фильтрации менее 10^-4 м/с.

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

и элементов плотины

Гребень плотины используется для устройства автомобильной или железной дороги, размеры которых назначают исходя из требований соответствующих нормативной документации.

В данном проекте предусматривается устройство автомобильной дороги I I I категории. Ширина проезжей части 8,0 м, ширина обочины 2,0 м. При этом ширина гребня составляет 12,0 м.

В месте сопряжения земляной плотины с водосбросом гребень плотины уширяется с целью размещения на нем монтажной площадки и затворохранилища.

Для отвода поверхностных вод гребню придается двухсторонний поперечный уклон, а на обочинах устраиваются ливнестоки.

По краям гребня устраивается ограждение в виде надолб. Со стороны верхнего бьефа может устраиваться сплошной волнозащитный парапет.

Отметка гребня плотины назначается исходя из расчета необходимого возвышения его над уровнем воды в верхнем бьефе. При этом рассматривается два случая стояния уровня воды в верхнем бьефе:

1) нормальный подпорный уровень (НПУ)

2) форсированный подпорный уровень (ФПУ).

В данном курсовом проекте высота плотины рассчитывается только при НПУ.

Возвышение гребня плотины h_s в обоих случаях определяется по формуле

h_s =Δ h_set+ h_run1%+a

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

Δh_set – ветровой нагон воды в верхнем бьефе

Δ h_set=[k_ωV²_ωL/g(d+ Δ h_set)]cos(α _ω)

α _ω– угол между продольной осью водоема и направлением ветра, град(13⁰);

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

V_ω=k_z*V_z

k_z =0,98– коэффициент приведения к высоте z,

принимаемый при z=12 м

kz	1.1		0.9
Z

V_ω,z=7 м/с – скорость ветра, измеряемая на высоте z=12 м;

L – длина разгона волны, 8000 м;

d – глубина воды в ВБ при расчетном уровне, м. Определяется как разница отметок НПУ и дна реки:

d=201-187=14 м.

k_ω =2,1*10^-6

h_run1% - высота наката на откос волн обеспеченностью 1%, м. Рассчитывается по следующей зависимости:

h_run1%=k_rk_pk_spk_run h_1%

k_r=1 и k_p=0,9 – коэффициенты шероховатости и проницаемости откоса, принимаемые в зависимости от конструкции крепления откоса (железобетонные плиты);

k_sp=1,1 – коэффициент, определяемый исходя из заложения верхового откоса 1:3 при определенной скорости ветра <20 м/с;

k_run=1,0 – коэффициент, определяемый по графику, в зависимости от пологости волны λ/h_1% =17,7/1,46= 12,12 на глубокой воде (при ctgφ=4);

h_1%- высота волны 1%-ой обеспеченности, м

h_1% = hk_1%

k_1% – коэффициент, принимаемый по графику, в зависимости от отношений gL/V²_ω и gt/V_ω.

h – средняя высота волны, определяемая для глубоководной зоны, которая имеет место в ВБ земляных плотин.

Средняя высота волны определяется следующим образом. Вычисляется безразмерные величины gt/V_ω=14414 и gL/V²_ω=363, где t – непрерывная продолжительность действия ветра, с.

При отсутствии сведений применяется равной 21600 с. Затем по графику по верхней огибающей определяются величины gh/V²_ω и gT/V_ω, и по меньшим их значениям вычисляются средняя высота h и средний период T волны.

gh/V²_ω=0,032

gτ/V_ω=2,25.

Определяем h = 0,7 м и τ= 3,37 с.

Средняя длина волны определяется по формуле

λ =gτ²/2π=9.81*3.37^2/2*3.14= 17.7 м

k_1% = 2,09

h = 0,7 м

h_1% = 2,09*0,7= 1,46 м

h_run1% =1*0,9*1,1*1,7*1,463= 2.46 м

Δ h_set=[(2,1*10^-6)* 14.7² *8000/{9,81(14+ Δh_set)}]cos(13⁰)

Δh_set = 0,0538 м

h_s =0,0538+2.46+0,5= 3 м

Из двух результатов расчета (при НПУ и ФПУ) выбирается более высокая отметка.

В настоящем курсовом проекте расчет проводим по НПУ.

Высота плотины равна:

Н_пл =d+ h_s=14+3= 17 м

Абсолютная отметка гребня плотины равна: 187+17=204 м

Откосы плотины. Выбор заложения откосов плотины производится на основе опыта строительства и эксплуатации аналогичных сооружений с учетом физико-механических характеристик грунтов тела плотины и основания, действующих на откосы сил, высоты плотины, метода производства работ по возведению плотины и условий ее эксплуатации. Назначенные заложения откосов затем проверяются расчетами статической устойчивости и при необходимости корректируются. Ориентировочные значения заложения откосов земляных плотин из глинистых и песчаных грунтов при наличии в основании грунтов с прочностью, не меньшей, чем в теле плотины, берут из таблиц.

На откосах высокой и средней высоты плотин устанавливаются бермы. На верховом откосе бермы устраиваются в конце основного крепления, создавая ему необходимый упор и обеспечивая возможность его осмотра и ремонта, и в местах изменения заложения откоса. На низовом откосе бермы служат для сбора и отвода дождевых и талых потоков, предохраняя низовой откос от размыва, а также для обеспечения проезда в период строительства плотины. Расстояние между бермами по высоте плотины принимается равным 10 – 15 м.

Ширина бермы назначается не менее 3 м, если по ней предусматривается проезд, и не менее 1…2 м, если проезд не предусмотрен. На внутренней стороне бермы устраивается кювет, служащий для сбора и организованного отвода дождевых и талых вод.

m₁=2,5 – заложение верхового откоса

m₂=2,0 – заложение низового откоса

Крепления откосов. Откосы земляных плотин подвержены разрушающим воздействиям ветровых волн, течений воды, льда, атмосферных осадков и т.д. Для предотвращения их разрушения предусмотрены соответствующие виды креплений.

Наиболее распространенными видами креплений верховых откосов являются:

1. Каменная наброска из несортированного камня.

2. Железобетонные крепления из монолитных или сборных плит.

Проектом предусматриваются монолитные железобетонные плиты 15*15 которые используются для крепления откосов плотин на крупных водохранилищах при высоте волны 2 – 4 м. Швы между плитами закрытые с уплотнениями в виде резиновых диафрагм. Толщина плит 0,5 м.

Все виды креплений верховых откосов плотины укладываются на подготовку в виде обратного фильтра, материал, число слоев и толщина которого выбирается в зависимости от грунта откоса и наличия местных строительных материалов.

Крепление верхового откоса плотины подразделяется на основное и облегченное, располагаемое ниже основного крепления.

Верхней границей основного крепления является гребень плотины. Нижняя граница основного крепления принимается на отметке, заглубленной на величину Н_кр =2h_1%=2*1,46= 2,92 м под УМО. Нижняя граница облегченного крепления принимается на отметке, где донные волновые скорости не превышают размывающих скоростей для грунта откоса плотины. Ориентировочно нижнюю границу облегченного крепления можно принять на отметке Н_кр под нижнюю границу основного крепления.

Часть низового откоса земляных плотин, подверженного воздействию льда и волн со стороны нижнего бьефа, крепится аналогично верховому. Остальная часть низового откоса защищается от разрушения атмосферными осадками посевом трав по слою растительного грунта толщиной 0,2 – 0,3 м.

Противофильтрационные устройства. Противофильтрационные устройства выполняются из материалов значительно менее водопроницаемых, чем материал тела плотины. Это либо слабоводопроницаемые грунты и их смеси, либо негрунтовые материалы.

В земляных плотинах чаще всего применяются грунтовые противофильтрационные устройства в виде экранов. При более глубоком залегании водоупора – экранов в сочетании с понуром и вертикальных ядер.

Настоящим проектом предусматривается противофильтрационное устройство в виде экрана и понура из суглинка и глины, толщина которого принимается переменной, увеличивающаяся сверху вниз.

Толщина экрана по верху – 3 м; по низу - 6 м; Толщина понура равна толщине экрана. Длина понура по верху -18 м. по низу -6 м. Более подробно на чертеже.

Отметка гребня экрана не должна быть ниже отметки ФПУ с учетом высоты наката и ветрового нагона уровня воды. Сверху гребень экрана покрывается защитным слоем песка толщиной не менее глубины промерзания в районе строительства плотины 1,2 м.

С верховой стороны экран покрывается защитным слоем. Заложение откосов экрана назначается из условия обеспечения устойчивости на сдвиг защитного слоя по экрану и экрана вместе с защитным слоем по грунту тела плотины.

Дренажные устройства. Дренажные устройства в теле земляной плотины предназначены для сбора и организованного отвода в нижний бьеф фильтрационного потока, недопущения его выхода на незащищенный низовой откос плотины и в зону, подверженную промерзанию, а также ускорения консолидации глинистых грунтов и уменьшения порового давления в теле плотины и основании.

Дренаж состоит из двух частей: приемной, которая выполняется в виде обратного фильтра, и отводящей, выполняемой из камня, дренажных труб, пористого бетона. По длине плотины могут устраиваться дренажи различной конструкции (дренажная призма, насланный дренаж, трубчатый дренаж).

В данном проекте применяется дренажная призма.

Дренажная призма устраивается на русловых участках плотины. Превышение гребня дренажей призмы над максимальным уровнем воды в нижнем бьефеопределяется с запасом на волнение и равна 1,0 м. Высота призмы 4 м.

Ширина призмы поверху – 3 м. Для предотвращения выноса фильтрационным потоком мелких частиц грунта тела плотины и основанием выполняется в виде двух слоев обратного фильтра.

Сопряжение тела плотины с основанием, берегами и бетонными сооружениями. Для обеспечения надежного контакта тела плотины с основанием предусматриваются следующие мероприятия.

При нескальном основании удаляется верхний растительный слой грунта на глубину 0,5 м. Сопряжение экрана с основанием выполняется в виде зуба на глубину 3,0 м.

Сопряжение тела плотины с берегами осуществляется по наклонным плоскостям при планировке которых необходимо избегать резких переломов и нависающих участков.

Для обеспечения хорошего контакта грунта тела плотины с бетонными сооружениями их примыкающим поверхностям придается уклон в сторону земляной плотины не более чем 10:1. Для борьбы с контактной фильтрацией сопряжение бетонных сооружений с земляной плотиной осуществляется при помощи противофильтрационных диафрагм из бетона, железобетона или металлического шпунта, врезающихся в тело плотины. Диафрагма располагается в зоне противофильтрационных элементов.

Дата добавления: 2015-08-31