гидротхнические сооружения му. Методические указания по курсовому проектированию по курсу Гидротехнические сооружения Часть 1 Проектирование грунтовых плотин для студентов специальностей водохозяйственного строительства Брест 2007
 Скачать 0.91 Mb.
|
|
ctg m = 1 0,4 0,4…2 3…5 более 5 Коэффициент при скорости ветра мс и более при скорости ветра мс и менее 1,3 1,1 1,4 1,1 1,5 1,1 1,6 1,2 Примечание ϕ - угол наклона откоса к горизонту, град. Для определения коэффициента run K и высоты волны % h 1 определяют безразмерные коэффициенты ξ и τ по формулам 2 w V L g ⋅ = ξ (4.5) w V t g ⋅ = τ (4.6) где продолжительность действия ветра, равная ч. или с. По огибающей кривой (рисунок 4) находим значения коэффициентов и η . По наименьшим их значениям определяются • период волны g V T w ⋅ = ε (4.7) • высота волны гл) • длина волны 10 π λ ⋅ ⋅ = 2 гл) Рисунок 3. График значений коэффициента Для определения % h 1 проверяем наличие мелководной или глубоководной зоны. Если гл 5 0 то зона мелководная и расчетная высота волны, ее средняя длина, определяются по зависимостям α λ λ β ⋅ = ⋅ = гл гл % h h 1 (4.10) Значение коэффициентов β и α определяем по графику, рисунок 5. Если гл 5 0 то зона глубоководная, высота волны % h 1 и средняя длина волны определяется из условия ⎭ ⎬ ⎫ = ⋅ = гл i гл % K h h λ λ 1 (4.11) где i K - коэффициент, определяемый по графику (рисунок 6) в зависимости от значения 2 w V L g ⋅ и расчетной обеспеченности высоты волны. 11 Рисунок 4. График для определения ветровых волн в глубоководной зоне Рисунок 5. Зависимость коэффициентов мелководной зоны Прикреплении верхового откоса железобетонными или бетонными плитами, принимается кривая соответствующая 1% обеспеченности, а прикреплении каменной на- броской или мощением, принимается кривая обеспеченности соответствующая 2% обеспеченности. Рисунок 6. График значений i K 4.4 Крепление откосов Крепление откосов земляных плотин устраивают для защиты их от размыва течением воды или ее волнового действия, разрушения льдом, размыва дождевыми и талыми водами, стекающими по откосам плотины и других разрушающих откосы факторов. Крепление верхового откоса плотины делят на основное, расположенное в зоне максимальных волновых и ледовых воздействий, возникающих в эксплуатационный период, и облегченное — ниже или выше основного крепления. Верхнюю границу основного крепления (ВГК), чаще всего назначают на отметке гребня плотины. В случае значительного возвышения гребня плотины над расчетным уровнем воды, основное крепление заканчивают ниже гребня плотины на отметке высоты наката волны h 1% и далее до гребня доводят крепление в облегченном виде. 14 Нижнюю границу основного крепления (НГК) назначают ниже минимального уровня сработки водохранилища на глубине, равной двойной высоте волны, соответствующей условиям этого уровня % h УМО НГК 1 2 ⋅ − ∇ = (4.12) ноне меньше чем 1,5t , где t – толщина ледяного покрова. Вид крепления устанавливают исходя из технико-экономической оценки вариантов с учетом максимального использования средств механизации и местных материалов, характера грунта тела плотины и основания, агрессивности воды, долговечности крепления в условиях эксплуатации. Для крепления верхового откоса наиболее часто применяют сборные и монолитные железобетонные покрытия, каменную наброску и несколько реже – асфальтобетонное и биологическое крепление. Сборные крепления применяют при высоте волны й обеспеченности дом и толщине льда не болеем. Сборные плиты изготавливают толщиной от 8 до 20 см размером 1,5×2,5 дом. Если высота волны болеем, то применяют монолитное покрытие толщиной дом. Под плитами предусматривается обратный фильтр из пес- чано-гравелистых, галечных или щебеночных грунтов, а также из искусственных волокнистых материалов рисунок 7. Толщина одного слоя фильтра при ручной укладке не менее м, при механизированной укладке - м. Толщина однослойной фильтровой подготовки подкаменной наброской или мощением принимается не менее м. Толщина сборных железобетонных плит крепления определяется из условия b m h , в б в % ⋅ ⋅ − ⋅ = 1 1 1 0 λ γ γ γ δ (4.13) где б- объемная масса бетона в- объемная масса воды, b - размер плиты в направлении падения откоса, λ - длина волны 1% обеспеченности. обратный фильтр ii1.0iiж / б плиты iiРисунок 7. Элемент крепления откоса железобетонными плитами Толщину каменной наброски для предварительных расчетов можно определить по формуле 3 4 52 0 3 5 2 к к набр , Q ) , , ( t γ ⋅ ⋅ ÷ ≥ (4.14) где к- расчетная масса отдельного камня в наброске, кг к- объемная масса камня, кН/м 3 Вес камня к Q определяют по формуле П.А.Шанкина 15 10 3 2 2 1 − ⋅ ⋅ ⋅ = k k % k h K K Q γ γ (4.15) где 1 K - коэффициент, зависящий от длины волны, при 15 2 ≤ % h λ , 1 K =7,2, а если 15 2 ≥ % h λ , то 1 K =8,2; 2 K - коэффициент, принимаемый в зависимости от заложения верхового откоса, таблица 6 Таблица 6. Значение коэффициента 2 K 1 m 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 5,0 2 K 39 22 14 9,3 6,9 4,8 3,4 Для крепления откосов применяют также каменное мощение (рисунок 8), толщина которого определяется по формуле П.А.Шанкина 1 1 2 1 1 2 1 7 1 m ) m ( ) ( m h . t в к в % мощ ⋅ + ⋅ − + ⋅ ⋅ ⋅ = γ γ γ (4.16) где -кв- объемная масса воды и камня % h 1 - высота волны 1 m – заложение верхового откоса. Рисунок 8. Крепление откоса каменным мощением Низовые откосы плотин чаще всего защищают от атмосферных осадков и ветра посевом многолетних трав, сплошной или одерновкой в клетку. В некоторых случаях, при несвязных грунтах, низовые откосы покрывают слоем см из щебня или гравия. 4.5. Противофильтрационные устройства Основным назначением противофильтрационных устройств грунтовых плотин является уменьшение фильтрационного расхода, недопущения фильтрационных деформаций грунтов тела плотины и ее основания, а также для понижения положения кривой депрессии и повышения устойчивости низового откоса. Противофильтрационные устройства чаще всего выполняют в виде грунтовых ядер или экранов. Предпочтительнее располагать противофильтрационные устройства в верховом клине плотины, то есть устраивать экран, сопрягая его с водонепроницаемым основанием зубом. Этим значительно понижается кривая депрессии, а следовательно увеличивается устойчивость плотины. Для пластичных экранов применяют суглинки и глины. Толщину пластичного экрана поверху назначают не менее м, понизу- не менее глубины воды в верхнем бьефе. С внешней стороны экран должен быть покрыт защитным слоем из песка или песчано-гравелистого грунта не менее глубины промерзания в районе строительства. По условиям производства работ и эксплуатации часто предпочитают устраивать вместо экрана ядро, располагая его в центральной части поперечного профиля. Преимущество ядра по сравнению с экраном в том, что оно менее подвержено опасным деформациям, так как опирается непосредственно на основание и как бы сдавливается боковыми призмами плотины, которые хорошо защищают его от внешних воздействий. Минимальную толщину пластичного ядра поверху назначают не менее м, понизу- не менее 0,1 глубины воды в верхнем бьефе. Верх противофильтрационных элементов (ядер, экранов) назначают выше отметки ФПУи, в тоже время, расстояние до гребня плотины должно быть не менее глубины промерзания. Выбор противофильтрационного устройства производится на основании технико- экономического сравнения вариантов, наличия строительных материалов и условий производства работ ив зависимости от схемы сопряжения тела плотны с основанием (см. пункт 4.7 настоящих указаний. В курсовой работе противофильтрационное устройство следует принимать в случае, если грунт тела плотины имеет коэффициент фильтрации более 1м/сут. 4.6. Дренажные устройства Грунтовые плотины высотой м, как правило, оборудуются дренажами. Они служат для понижения кривой депрессии, предотвращения выхода фильтрационного потока на низовой откос приема и отвода профильтровавшейся воды через тело плотины в нижний бьеф. Исходя из выполняемых задач, дренаж должен иметь две основные части приемную - в виде обратного фильтра из одного или нескольких слоев, который обеспечивает поступление фильтрационного потока и предупреждает фильтрационные деформации отводящую - в виде водосборных и водоотводящих элементов. Слои обратного фильтра обычно имеют толщину м. При наличии на месте строительства камня, дренаж делают в виде призмы из каменной наброски, которая кроме основного своего назначения служит упором низового откоса плотины, рисунок 9. Дренаж в виде призмы назначают только в русловой части грунтовой плотины (где имеется вода в НБ), а на тех участках плотины, которые в период эксплуатации не подтапливаются водой со стороны НБ, устраивают трубчатый дренаж. Верх дренажной призмы должен возвышаться над уровнем воды в НБ нам. Коэффициент заложения внутреннего откоса призмы принимают не менее 1,25, наружного на 0,25 больше. Ширину призмы поверху назначают м, в зависимости от транспортного сообщения по нему и эксплуатационных требований. 17 Рисунок 9. Дренажная призма Трубчатый дренаж выполняют из гончарных перфорированных бетонных или асбестоцементных труб диаметром см, уложенных с уклоном параллельно подошве откоса и обсыпанных обратным фильтром и удаленных от низового откоса на расстояние более глубины промерзания для района строительства, рисунок 10. Рисунок 10. Трубчатый дренаж Фильтрационный поток в продольные дрены поступает через отверстия или прорезы в трубе, а на гончарных трубах - через торцевые зазоры. Выход профильтровавшейся воды из продольных дрен происходит через поперечные дрены- выпуски, располагаемые примерно через м. При большой длине и напоре болеем, на дренажной линии через м устраивают смотровые колодцы (по типу водопроводно- канализационных с внутренним диаметром см) ив этом случае поперечные дрены- выпуски приурочивают к ним. Окончательные размеры дренажной призмы и трубчатого дренажа назначают в соответствии с рекомендациями, изложенными стр. 127...129 в работе [ 1 ] 4.7. Сопряжение тела плотины с основанием и берегами 18 Сопряжение тела плотины с основанием, берегами и примыкающими бетонными сооружениями должно быть выполнено таким образом, чтобы исключалась возможность фильтрационных деформаций грунтов тела плотины и основания, обеспечивалась статическая устойчивость сооружения, фильтрационные потери из водохранилища не превышали допустимых пределов. С этой целью предусматривают удаление с поверхности грунта с нарушенной структурой (растительного слоя, слоя грунта пронизанного корневищами деревьев и кустарников, ходами землеройных животных. Подлежит удалению также слой грунта, содержащего недопустимо большое количество легкорастворимых вводе солей или органических включений. Примыкание тела плотины к берегам осуществляют по наклонным плоскостям, избегая при этом резких переломов, угол наклона соседних участков поверхности брега не должен превышать 10 Противофильтрационная преграда в основании должна сопрягаться непосредственно с противофильтрационным элементом в теле плотины (ядром, экраном или диафрагмой. Противофильтрационные устройства типа замков, зубьев выполняют при мощности водонапорного слоя в основании плотины дом. Если мощность водопроницаемого слоя от 2.0 дом, то применяют шпунтовые стенки, с заделкой в водонепроницаемый слой на глубину не менее м. При мощности слоя водопроницаемого основания болеем, эффективнее применять висячую шпунтовую стенку или экран с понуром. Длину понура, назначают в соответствии с фильтрационными расчетами или исходя из условия предотвращения фильтрационных деформаций при выходе фильтрационного потока в НБ. В первом приближении необходимо, чтобы длина понура составляла от одной до двух глубин воды в ВБ. Толщину понура вначале назначают не менее м, постепенно увеличивая к экрану и сопрягается с ним толщиной не менее 0,1 глубины воды в верхнем бьефе. Поверх понура, для защиты его от промерзания, предусматривают пригрузку из песчаных или песчано-гравийных грунтов. В курсовой работе принятый поперечный профиль плотины со всеми назначенными выше элементами, вычерчивается на миллиметровой бумаге соответствующего формата в масштабе М. 4.8. Фильтрационный расчет грунтовой плотины. Под действием напора, создаваемого плотиной, происходит фильтрация воды через тело плотины и ее основание из верхнего бьефа в нижний. Свободная поверхность грунтового потока называется депрессионной поверхностью, а линия пересечения этой поверхности с вертикальной плоскостью – депрессионной кривой Задачами фильтрационных расчетов являются определение потерь воды через тело грунтовой плотины и ее основание, если оно водопроницаемо определение положения кривой депрессии и выходных градиентов напора. При фильтрационных расчетах грунтовых плотин принимают следующие допущения • фильтрацию рассматривают водной плоскости • грунт тела плотины считают однородно-изотропным; • водоупор считают теоретически водонепроницаемым, положение кривой депрессии однородной плотине не зависит от качества грунта, а определяется только геометрическими размерами профиля плотины. Проектный профиль грунтовой плотины приводит к расчетной схеме, в которой исключают отдельные мелкие детали и не учитывают потери напора в пригрузке из крупнопористых грунтов, уложенных поверх водонепроницаемых элементов - экранов или пону- ров. В верхнем бьефе за расчетный уровень принимают НПУ, в нижнем бьефе - уровень воды, соответствующий бытовому уровню, при котором будет установившийся расход фильтрационного потока в теле плотины. Вначале находят положение раздельного сечения L Δ по формуле Г.К.Михайлова, рисунок 10. 1 1 1 1 2 H m m L ⋅ + ⋅ = Δ (4.17) Положение кривой депрессии определяют по уравнению т 2 1 2 Η Υ (4.18) где т- удельный фильтрационный расход через тело плотины т - коэффициент фильтрации тела плотины. Величину удельного фильтрационного расхода т находят из уравнения расч т т L H H q ⋅ − = 2 2 2 2 1 κ (4.19) где расч L - проекция кривой депрессии на плоскость основания, для однородной плотины L L L расч Δ + = При определении координат кривой депрессии задаются рядом значений (не менее пяти) x и определяют положение кривой депрессии. Для значения x =0 ордината равна, а при расч L x = ордината равна После определения координат кривой депрессии, оценивают фильтрационную прочность грунтов основания и тела плотины по величине выходного фильтрационного градиента к n n n n вых I x x У У l h I ≤ − − = = − − 1 1 Δ Δ (4.20) где h Δ - падение напора фильтрационного потока на линейном участке Значение выходного градиента должно быть меньше чем значение градиента критического, который определяется строительными нормами, таблица 7. Если условие не выполняется, то необходимо пересмотреть принятые размеры элементов поперечного профиля грунтовой плотины, увеличить заложение низового откоса или размеры противофильтрационного устройства. Таблица 7. Значения критического среднего градиента Грунт Критический градиент напора, к I Песок: мелкий - средней крупности - крупный супесь суглинок глина 0,32 0,42 0,48 0,60 0,80 1,35 Если плотина неоднородная, то при выполнении фильтрационных расчетов используют метод виртуальных длин, позволяющий виртуально заменить противофильтрационное устройство (экран или ядро) эквивалентным слоем и дальнейшие расчеты проводить как для однородной плотины. Мощность эквивалентного слоя для плотины с ядром, определяют из условия z т |