Водосливная плотина в составе низконапорного транспортно-энергетического гидроузла

Поскольку основания под сооружением является песчаным грунтом концевое устройство выполняется в виде успокоительного ковша.Требуемая глубина успокоительного ковша определяется по формуле:где [v]– неразмывающая скорость.По данным СНиП 2.06.03-85, для песка с гравием с удельным сцеплением С= 0,3 т/м имеем:[v]=0,8 м/c.Глубина размыва составит:Глубину ковша примем равной 18,9 м. В связи с тем, что дно ковша не находится на границе размыва, требуется крепление дна камнем. Для выхода на глубину размыва, плиты рисбермы, начиная с первой от водобойной плиты, проведем с уклоном 1:4.Запроектированное концевое устройство представлено на рис. 13.Рис. 13 «Схемы концевого устройства».Приложение 8. Определение параметров пропуска воды в строительный период1.Определение числа строительных отверстийОпределение максимального строительного удельного расхода по следующей формуле:Число отверстий определяется из условия не превышения максимальных удельных расходов. Ширина водосливного фронта в строительный период:Встр=Qстрmax/qстрmax =530/21,48 = 24.67 м.Используется 3 пролета по 10 м, водосливной фронт 30 м.2.Определение отметки временного пороговПредположим, что водослив не затоплен при перекрытии русла, тогда формула для пропускной способности выглядит так:где m = 0,35 - коэффициент расхода водослива с широким порогом;В = 30 м - ширина водосливного фронта;Н - напор на водосливе, который определяется по формуле:Уровень в верхнем бьефе определяется по формуле:УВБ = УНБ + Zдоп,где Zдоп–0,7 м - допустимый перепад при перекрытии русла.УВБ = 101 + 0,7=101,7 мОтметка временного порога рассчитается по формуле:Вр.п= УВБ - Н = 101,7–1,98= 99,72м.Далее определим глубину на пороге:а = УНБ - Вр.п= 101,7 – 99,72 = 1,98Определение критической глубины на пороге водослива:где q - удельный расход.Теперь сравним: а = 1,98 м ≥ h = 1,28 м. следовательно, водослив затоплен. Определим глубину на пороге:Где = 0,9 – коэффициент скорости;z – дополнительное перемещение; – высота подтопления, м;Отметка временного порогаВр.п = УВБ(Qпер) - hn = 101.7 – 0.47 = 101,23 м3. Определение отметки верхнего бьефа при прохождении максимального строительного расхода через временный порогКритическая глубина при прохождении Qстрmax = 530 м3/сгде q - удельный расход.Предположим, что водослив не затоплен. Определение напора использованием формулы:Определение отметки верхнего бьефа:УВБстрmax = Вр.п + Н = 101,23 + 5,07 = 106,3 мОпределение глубины воды на пороге:а =УНБстрmax - Вр.п = 106,3 – 101,23 = 5,07 мСравнение критической глубины с глубиной на пороге:а = 5,07 > hкp= .3,27 м.Следовательно, водослив затоплен. В этом случае последовательно определяются:hn =УНБ - Вр.п = 5.07Разность уровней в бьефах: Окончательно: УНБстрmax = УНБстрmax + Z0 = 106.3 + 0.76 = 107,06 мВид водосливной плотины в период пропуска строительныхрасходов представлена нарис.14.Рис.14. «Водосливная плотина в период пропуска строительных расходов».4. Назначение отметки гребня перемычки второй очереди.Отметку гребня перемычки назначим выше отметки максимального уровня воды в верхнем бьефе на 1м. Таким образом,Гр.пер. = 107,06 + 1 = 108,06 108,1 м.Приложение 9. Проектирование подземного контура водосливной плотиныОсновная цель выполняемого расчета - проверить суффозионную прочность основания под водосливной плотиной.Данным проектом рассматривается возведение водосливной плотины на аллювиальных отложениях песке с гравием. Для обеспечения суффозионной прочности выполняется дренирование подошвы и со стороны верхнего бьефа предусматривается понур из суглинка с переменной толщиной по длине (в начале понура - 1.5м).С длиной Lпoн=2,5Zmax=2.5.(116-105,9 )=25,25 м. Расчет проведен по методу коэффициентов сопротивления:Действительная глубина фильтрации:Тд = Пон - Кр.п = 97,24 – 72 = 25,24 мАктивная глубина фильтрации:Такт = 0,5 ∙l0 = 0,5 ∙31,25 = 15,63 мгде l0 - проекция подземного контура на горизонталь. l0 = Lпон+ 6= 25,25+6 = 31,25 м.Трасч = Тд = 37,25 мКоэффициенты сопротивления внутреннего шпунта:где l– расчетная длина горизонтальных участков фильтрации. Сумма коэффициентов сопротивления:Σ = 0.44 + 1.83 + 1.607 + 0.195 + 0.44 = 4.5125. Потери напора на каждом сопротивлении определяются по формуле:где Z- напор на сооружение(нужно максимальный перепад):Zmax = НПУ - УНБmin = 116- 105.9 = 10.1 м;Таким образом, получаем:6.Проверим суффозионную прочность основания (песок с гравием):что меньше [J] = Jk/γн = 1/1.25= 0,8 , где Jк– средний критический градиент напора для крупного песка, взят из [3]. γн– коэффициент надежности сооружения, для сооружений первого класса γн=1.25.7.Определим толщину понура из условия суффозионной прочности: Понур изготовлен из суглины имеющей допустимый градиент напора: [J]= Jk/γн = 10/1.25=8 (взят из [3]).Толщина понура определяется формулой: t=ΔH/[J]=7.15/8 = 0.89м. Где ΔН – разность напоров в концевом сечении понура(определяется по рис.15).Рисунок 15 – «Схема к расчету методом коэффициентов сопротивления»Приложение 10. Проектирование сопрягающего устояСопрягающий устой располагается на границе водосливной и глухой плотин. В зависимости от особенностей гидроузла, может быть применено три различных типа сопрягающего устоя:1.Ныряющая стенка(Ккин < 0,15).2.Обратная стенка(0,15 < Ккин < 0,75).3.Пирс(. > 0,75).Выбор типа сопрягающего устоя может быть осуществлен по величине коэффициента кинематичности, определяемого по формуле:Ккин = Н/Н1где Н — напор на водосливной плотине (м),H1 — глубина столба воды перед плотиной(м). В нашем случае имеем Н = 4,0м ; Н1 = 19м. Коэффициент кинематичности:Ккин = 4/19 = 0,21 Таким образом, сопрягающий устой должен быть выполнен в виде обратной стенки. Сечение сопрягающего устройства представлено на рис. 16.Рис. 16. «Сопрягающий устой»Приложение 11. График маневрирования затворами многопролетной водосливнойплотиныДля построения графика маневрирования затворами многопролетный водосливной плотины следует предварительно построить кривые удельных расходов, которые показывают, с какой интенсивностью можно осуществлять холостой сброс через заданное число отверстий, чтобы в нижнем бьефе образовался затопленный прыжок.Алгоритм построения графика:1. Намечается ряд значений удельных расходов qiе [0;qmax], где qmaxопределяется по формуле: qmax = (Q0.1% - QГЭС)/B = (1280-150)/70 = 16 м3/с2. Вычисляют значения, , Где v – скорость потока в сжатом сечении, соответсвующая q - коэффициент скорости, принимается в этом случае = 0,953.Отметки УНБ, необходимые для затопления гидравлического прыжка определяются зависимостью: УНБ = B + h24.Полный расход, поступающий через створ гидроузла при работе j водосливных отверстий шириной bi, определяется выражением:Q = QГЭС + ΣqibiИспользую это выражение, можно построить графики поступления воды в нижний бьеф через любое число водосливных отверстий от 1 до n, где n – число водосливных отверстий плотины.Все расчеты вводятся в таблицу 7. 1,2qmax1,1qmaxqmax0,8qmax0,6qmax0,4qmax0,2qmax 19,217,61612,89,66,43,2hk3,463,263,062,642,181,661,05h'0,960,880,80,640,480,320,16h"8,818,468,087,266,335,203,71h29,699,308,897,996,965,724,08УНБ106,93106,54106,13105,23104,20102,96101,32Q(n=1)342326310278246214182Q(n=2)534502470406342278214Q(n=3)726678630534438342246Q(n=4)918854790662534406278Q(n=5)11101030950790630470310Рисунок 17 «График маневрирования затворами»Приложение 12. Расчет устойчивости водосливной плотины. Определение напряженного состояния по подошвеНагрузки действующие на секцию плотины. Сбор нагрузок представлен на рис.19. Все расчеты представлены в табличной форме, таблица 8.Рис. 18. «Сбор нагрузок на секцию плотины»Таблица 8. Расчет устойчивости водосливной плотины№НаименованиеПлощадь.м2Значение силы.теПлечо до цт,мМомент отп. Цт.тс.мВертикальные сылы1Вес плотиныG1292,512930,840,79051,592Вес полубыкаG2526,51769,043,255749,383Вес полубыкаG3526,51769,043,255749,384Пригрузка с ВБZ1208,938524,2910,286947,715Пригрузка с В Б Z256,251647,00-12,8-21081,606Противодавление W-554,26-5764,300,85-4899,66сумма N=20875,90Горизонтальные силы7Давление воды с ВБ Z3208,543545,18-11,05-39174,2398Давление воды с ВБ Z4191,2-3250,4-5,818852,329Волновое давление F1,290,2-22,6-2038,5210Давление от понураЕ23,8214,2-1,5-321,3сумма Q=599,18сумма М=-22681,739Статический расчет профиля бетонной водосливной плотины произведен по формуле внецентренного сжатия.Рис.19. Эпюра напряжений Оценка устойчивости по подошве водосливагде –коэффициент условий работы (=1);–коэффициент надежности (=1,25) для I класса сооружения; –коэффициент сочетания нагрузок (=1).R = f∙N+c∙A = 0.35∙20875,90 + 0.3∙567,8 = 7476,905тсQ =599,18 < 1/1.25 ∙7476,905 = 5981,524Условие устойчивости профиля водосливной плотины выполняется.Список литературыБухарцев В.Н. Речные гидротенические сооружения. Водосбросные сооружения низконапорных гидроузлов: учеб. Пособие - СПБ: изд-во Политехи. Ун-та,2013-88с.Чугаев P.P. «Гидротехнические сооружения». Учеб.пособие для студ. гидротехн. спец. вузов. В 2-х ч. — 2-е изд. перераб. и доп. Ч. П. Водосливные плотины. — М.: Агропромиздат, 1985.-302с,ил.СНиП 2.02.02 - 85 «Основания гидротехнических сооружений».Телешев В.И. Организация.планирование и управление гидротехническим строительством (учебник для ВУЗов) М: стройиздат, 1989. - 416 сТелешев В. И., Галузин В. М.. Севенард Ю. К. "Бетонные работы в гидротехническом строительстве. Приготовление, транспорт и укладка бетонной смеси". Учеб.пособие. СПбГТУ. СПб., 1993. 108 сВ.Т. Белоликов « Производство бетонных работ в гидротехническом строительстве»