ГТС Курсовая работа солн2. Введение. Назначение водохранилищного гидроузла

• Название: Введение. Назначение водохранилищного гидроузла
• Дата: 25.02.2022
• Размер: 298.5 Kb.
• Имя файла: ГТС Курсовая работа солн2.doc
• Тип: Документы; #373007

Водохранилищный гидроузел с плотиной из грунтовых материалов.

1. 
   Введение.
   
   1. 
      Назначение водохранилищного гидроузла.
      
   2. 
      Состав сооружения гидроузла.
      
2. 
   Компоновка сооружений гидроузла.
   
   1. 
      Выбор створа гидроузла.
      
   2. 
      Выбор трасс и место расположения водопропускных сооружений.
      
3. 
   Проектирование грунтовой плотины.
   
   1. 
      Выбор типа плотины.
      
   2. 
      Конструирование гребня плотины.
      
      1. 
         Конструирование гребня плотины.
         
      2. 
         Определение глубины водохранилища в створе плотины и предварительной высоты плотины.
         
      3. 
         Назначение заложения откосов и устройство берм.
         
      4. 
         Расчет отметки гребня плотины.
         
      5. 
         Выбор противофильтрационного устройства в теле плотины и ее оснований.
         
      6. 
         Выбор конструкций дренажа.
         

3. 
   Фильтрационный расчет. Проверка фильтрационной прочности грунтов тела плотины и ее основания.
   
4. 
   Расчет устойчивости низового откоса.
   
5. 
   Расчет величины и продолжительности осадки грунта основания плотины.
   
6. 
   Определение толщины крепления верхового откоса, крепление низового откоса.
   

4. 
   Проектирование и расчет водосбросного сооружения.
   
   1. 
      Выбор типа сооружения.
      
   2. 
      Уточнение трассы и составление продольного профиля по оси водосброса.
      
   3. 
      Гидравлический расчет сооружения.
      
   4. 
      Конструирование отдельных элементов сооружения.
      
5. 
   Проектирование и расчет водовыпускного сооружения.
   
   1. 
      Выбор типа и конструкции.
      
   2. 
      Гидравлический расчет.
      
   3. 
      Конструирование отдельных элементов.
      
6. 
   Организация и технология строительства.
   
   1. 
      Способ и сроки возведения грунтовой плотины.
      
   2. 
      Порядок возведения сооружений.
      
   3. 
      Пропуск строительных расходов.
      
7. 
   Список используемой литературы.
   

Задание №176666 .

№ топографии ‑ 18.

НПУ, м ‑ 188.

Расход водосброса, м³/c – 5,6.

Расход водовыпуска, м³/c - 0,15.

Длина водохранилица:

НПУ ФПУ

4,5 4,6

Расчетная скорость ветра, м/с:

1% 50%

18 5,9

Угол ‑ 25°.

Категория автодороги ‑3.

Ж/б изделия камень, гравий

в 24 км в 1,5 км

Геологические условия:

Тальвег:

Растительный слой ‑ 0-0,3.

Супесь ‑ 0,3-3,0.

Суглинок – 3-11

Глина ‑ 12-29.

Берег:

Растительный слой ‑0-0,3.

Супесь – 0,3-3

Суглинок ‑ 3-11.

Глина – 11-25.

Расположение скважин: тальвег, берега.

1. 
   Введение.
   

1.1. Назначение водохранилищного гидроузла.

1. 
   Аккумуляция паводковых расходов воды в водохранилище и уменьшение паводковых расходов на водотоке.
   
2. 
   Обеспече6ние водой орошаемого участка водоснабжения поселка и водопои скота.
   
3. 
   Уменьшение водной эрозии на водосбросной площади, за счет повышения базиса эрозии и уменьшение разлива в русле водотока, за счет уменьшения расхода на территориях.
   
4. 
   Создание зон отдыха на территориях прилегающих к водохранилищу, разведение рыбы.
   

2. 
   Состав сооружения гидроузла.
   

Гидроузел состоит:

• 
  Грунтовая плотина.
  
• 
  Водосбросное сооружение, водовыпускное сооружение ‑ в распределительном колодце которого предусмотрен отвод для подачи воды в отводящие оросительные каналы.
  

2. 
   Назначение водохранилищного гидроузла.
   

1. 
   Выбор створа гидроузла.
   

1. 
   Створ гидроузла, как правило, намечается в самом узком месте балки, желательно перпендикулярно к горизонталям для уменьшения объемов грунтовой плотины.
   
2. 
   Учитывается возможность орошения участков самотеком.
   
3. 
   Учитывается гидрология геология, гидрогеология в зоне расположения водохранилища.
   

2. 
   Выбор трасс и место расположения водопропуск4ных сооружений.
   

Водовыпускные и водовпускные сооружения располагаются на самых низких отметках по тальвегу балки.

Водосбросное сооружение (открытого и закрытого типа).

Закрытого располагают, как правило, на крутом берегу балки для уменьшения длины сооружения, а открытого типа на пологом берегу для уменьшения объемов земельных работ.

Если сброс воды до 50 м³/c принимают закрытый тип.

3. 
   Проектирование грунтовой плотины.
   
   1. 
      Выбор типа плотины.
      

Тип плотины зависит от геологических условий в створе плотины и от наличия грунта на берегах балки для отсыпки тела плотины.

Тело плотины отсыпается из грунта находящееся по берегам (желательно водонепроницаемого).

Т.к. у нас суглинки то отсыпаем тело плотины из суглинка.

Если тело плотины отсыпано из водопроницаемого грунта необходимо противофильтрационное устройство.

Противофильтрационные устройства в теле плотины бывают следующие:

• 
  ядро.
  
• 
  экран.
  

Если в основании плотины имеется водопроницаемый грунт в основании также, требуется противофильтрационное устройство:

• 
  понур
  
• 
  замок.
  

В моем случае используется только замок, т.к. слой песка до 4 м.

Плотина однородная из суглинка в основании противофильтрационное устройство‑ замок.

2. 
   Конструирование поперечного профиля плотины.
   
   1. 
      Конструирование гребня плотины.
      

По категории дороги проектируется конструкция гребня плотины.

Ширина проезжей части - 7,0м.

Ширина обочины ‑ 2,5м.

2. 
   Определение глубины водохранилища в створе плотины и предварительная высота плотины.
   

Глубина воды в водохранилище определяется по формуле:



Предварительная высота плотины.


d ‑ превышение плотины над расчетным уровнем воды в водохранилище = 2м.

3. 
   Назначение заложения откосов и устройство берм.
   

Заложение откосов применяются в зависимости от грунта и высоты плотины, предварительно принимаем по высоте плотины, окончательно в зависимости от грунта после расчета устройства низового откоса.

Мы принимаем:

Верхового m₁=3

Низового m₂=2,5

Бермы устраиваются через каждые 10-12 м. высоты плотины. Они необходимы для повышения устойчивости откосов, для производства работ по креплению откосов и в процессе эксплуатации для ухода за откосом.

Min ширины -3,5 м. для проезда техники. В нашем курсовом проекте не принимается.

4. 
   Расчет отметки гребня плотины.
   

Отметка гребня определяется для 2-х случаев при НПУ и ФПУ и за расчетную принимают max.



d‑ превышение плотины над расчетным уровнем волы в водохранилище;

h_{H -} высота наката волн на откос плотины;

Δh‑ высота ветрового нагона воды.

а ‑ запас плотины от класса капитальности = 0,5-1 м.



‑ коэффициент зависящий от шероховатости откосов.

Для гладкого =1

Для шероховатого 0,55

‑ заложение верхового откоса.

‑ высота волны.

λ ‑ длина волны.



К ‑ коэффициент зависящий от отношения h/λ К=1,1

ω₁₀ ‑ расчетная скорость ветра, м/с. Определяемая в высоте на 10 м. над уровнем водохранилища.

Н -глубина воды в водохранилище.

L‑ длина разгона ветровой волны.

‑ угол между осью водоема и направлением ветра.





Определяем для НПУ.











Определяем для ФПУ.











Принимаем по НПУ d=0,01+0,41+0,5=0,92 м.

d=0,03+0,92+0,5=1,45м

z

z

Из 2-х принимаем большее

5. 
   Выбор противофильтрационного устройства в теле плотины и ее основании.
   

Противофильтрационные устройства проектируются из грунтовых и негрунтовых материалов. Конструктивно их выполняют в виде экрана, понура, ядра, диафрагмы, зубьев, шпунтовых стенок и др.

Плотина однородная из суглинка в основании противофильтрационное устройство ‑ замок.

6. 
   Выбор конструкции дренажа.
   

Согласно СНиП дренаж проектируется в следующих целях:

• 
  Организованного отвода воды, фильтрующейся через тело плотины и основание плотины в нижнем бьефе;
  
• 
  Предотвращение выхода фильтрационного потока на низовой откос ( при условии отсутствия воды в НБ) и в зону подверженную замерзанию;
  
• 
  повышения устойчивости верхового откоса при сработке водохранилища.
  

Мы принимаем однородную плотину с дренажным банкетом на водонепроницаемом основании.

3. 
   Фильтрационный расчет. Проверка фильтрационной прочности грунтов тела плотины и ее основания.
   

Уравнение для определения фильтрационного расхода в этом случае имеет вид:



где



где Н₁ и Н₂ ‑ глубина воды в верхнем и нижнем бьефах;

‑ширина эквивалентного профиля плотины по основанию;

β ‑ ко_эффициент учитывающий крутизну верхового откоса, при m₁≥2 значение β≈0,4.
Величиной захода депрессионной кривой в дренах пренебрегают: =0.

=0,4·18+3·1,45+12+2,5(18+1,45)=44,1 м.

‑ коэффициент фильтрации тела плотины.

При отсутствии воды в НБ полагают , что Н₂=0.



Кривую депрессии строят по уравнению:

x, м	3	10	15	22	30	37	40	45
y,м	15,5	14	13	11,3	9	6,5	5,1	1

Скорость фильтрации при выходе фильтрационного потока на низовой откос или входе в дренаж составляет



где ‑ уклон кривой депрессии при выходе на низовой откос:



‑ падение депрессионной кривой на интервале , равной разности абсцисс двух последних расчетных точек при построении кривой депрессии.

4. 
   Расчет устойчивости низового откоса.
   

1. 
   Нарисовать правую половину плотины в масштабе на миллиметровке с указанием местоположения кривой депрессии.
   
2. 
   Определяем низовой откос (при наличии берм и банкетного дренажа).
   
3. 
   Делим осредненный откос пополам (т. С).
   
4. 
   Из точки С проводим вертикальную линию вверх.
   
5. 
   Из точки С под углом 85º к откосу проводим еще одну линию.
   
6. 
   Находим радиусы R₁ и R₂ .
   

К₁, К₂ ‑ коэффициент зависящий от заложения откоса.

К₁=1

К₂=2,3

7. 
   Из точки С радиусом R₁ и R₂ проводим 2 засечки, и получаем область возможных центров кривых обрушений.
   
8. 
   В области кривых обрушений берем произвольную точку О из которой произвольным радиусом проводим кривую обрушения, так чтобы она начиналась на гребне плотины и заканчивалась на низовом откосе.
   
9. 
   Разбиваем зону обрушения на отсеки равной ширины 0,1R для этого из точки О опускаем линию вертикально вниз.
   
10. 
    Для каждого отсека вычисляют sin и cos, где угол наклона подошвы отсека к горизонту.
    
11. 
    Определяем средние высоты составных частей каждого отсека, имеющих различные плотности.
    
    • 
      h_1‑ мощность грунта тела плотины при естественной влажности.
      
    • 
      h ₂‑ мощность грунта тела плотины при насыщении водой.
      
    • 
      h ₃ мощность грунта основания при насыщении водой.
      

Расчет удобнее всего вести в табличной форме.

Таблица № 1.

Определение действующих сил.

Номер отсека	sin	cos	h1, м	h 2, м	h 3 , м	hпр, м	hпр· sin	, град.	hпр· cos·tg
10	1	0,35	6,2	-	-	7,94	2,78	25	1,3
9	0,9	0,44	7	2	-	9,52	4,19	17	1,28
8	0,8	0,6	7,4	4,4	-	15,1	9,1	17	2,72
7	0,7	0,72	6,4	6,2	-	16,13	11,61	17	2,9
6	0,6	0,8	7	7,6	-	18,69	14,95	17	4,49
5	0,5	0,86	2,89	8	-	13,94	11,99	17	3,6
4	0,4	0,92	2	7,6	0,4	12,75	11,73	22	4,69
3	0,3	0,955	1	6,6	1	10,88	10,1	22	4,92
2	0,2	0,98	-	5,6	1,6	9	8,82	22	4,26
1	0,1	0,955	-	4	2	7,42	7,38	22	2,93
0	0	1	-	2	2,1	4,98	4,98	22	1,99
-1	-0,1	0,995	-	-	1,6	1,84	-1,83	22	0,73
-2	-0,2	0,98	-	-	1,2	1,38	-1,35	22	0,54
-3	-0,3	0,955	-	-	0,8	0,92	-0,88	22	0,35
-4	-0,4	0,92	-	-	0,4	0,46	-0,18	22	0,17
Всего			39,89	54	10,7	130,5	97,93		36,89

12. 
    Вычисляют плотность грунта каждого слоя по формулам
    

где ‑ плотность грунта тела плотины при естественной влажности и при насыщении его водой, а также грунта основания при насыщении водой;

n- пористость грунта; =0,35; 0,4; 0,45

k‑ коэффициент, зависящий от влажности грунта (при влажности, равной 12…18%,=0,7 ;k=3; k=4

γ_{0 -}плотность воды;=0,1

γ_г.г, γ_г.о‑ удельная плотность грунта тела и основания плотины. =2,71 и2,66 соответственно.

13. 
    Определяют приведенные высоты отсеков.
    

14. 
    Устанавливают силу трения, возникающую на подошве всего массива обрушения, суммируя соответствующие силы по отсекам.
    

15. 
    Вычисляем касательную составляющую вес массива обрушения.
    

16. 
    Силу сцепления, возникающую на подошве массива обрушения, определяют по формуле.
    

где c₁,c_2, c₃ ‑ удельные сцепления грунта тела плотины при естественной влажности и при насыщении водой, а также грунта основания, насыщенного водой.

l_1,l_2,l₃ ­ ‑ длина дуг кривой сдвига.

17. 
    Фильтрационную силу учитывают как объемную. При отсутствии дренажа.
    

‑ средний градиент фильтрационного потока;

‑ площадь фигуры.

Для дренирования плотин определяют две составляющие фильтрационной силы. Первую вычисляют по формуле , а вторую составляющую, имеющую вертикальное направление, приблизительно можно найти следующим образом:

18. 
    Вычисляют значение коэффициента устойчивости откоса.
    

r₁, r₂ ‑ плечи фильтрационных сил.

5. 
   Расчет величины и продолжительности осадки грунта основания плотины.
   

Расчет осадки тела и основания плотины проводят для определения требуемого строительства подъема плотины, а также для уточнения объема работ по ее возведению. Его выполняют в характерных поперечных сечениях плотины по нескольким вертикалям, проходящим в элементах плотины из различных материалов (ядре, экране, призме и др.).

Для плотин III и IV классов расчет осадки допускается проводить по приближенным зависимостям.





t‑ продолжительности осадки, лет

6. 
   Определение толщины крепления верхового откоса, крепление низового откоса.
   

Для защиты верхового откоса земляной плотины от разрушающего воздействия ветровых волн, льда, течения воды, атмосферных осадков и других факторов рекомендуется крепление следующих видов: каменное, бетонное и железобетонное, асфальтобетонное, биологическое.

Мы принимаем крепление железобетонными плитами.



‑коэффициент, принимаемый для сборных плит ‑1,1;

‑ объемная масса плиты, т/м³;

В ‑ размер плиты.

Принимаем толщину 10 см.

Низовой откос крепят посевом трав по растительному слою грунта толщиной 0,2…0,3 м или отсыпкой гравия (щебня) слоем толщиной 0,2 м. в случаях, когда в НБ возможны волнообразование и воздействия льда, нижнюю часть откоса крепят до высоты наката волны так же, как и верховой откос.

3. 
   Проектирование и расчет водосбросного сооружения.
   
   1. 
      Выбор типа сооружения.
      

Уточнение трассы и составление продольного профиля по оси водосброса

Водосбросные сооружения бывают открытого и закрытого типов. Открытые располагают на пологом берегу балки (для уменьшения объема земляных работ)‑ водосбросы в виде ступенчатого перепада, быстротока, консольного сброса и т.д.

Закрытые располагают, как правило, на крутом берегу балки для уменьшения длины трубопровода. Бывают шахтные, трубчатые и т.д.

По условию пропуска расхода до 50 м³/с принимают закрытого типа сооружения, более 50 м³/с ‑ открытого.

Принимаем закрытый водосброс, трубчатого типа.

2. 
   Уточнение трассы и составление продольного профиля по оси водосброса
   

Водосбросное сооружение состоит из входного оголовка ковшового типа, непосредственно самого трубопровода в 1 или более6 ниток (из условия надежности минимум 2) и водобойного колодца в конце трубопровода. Соответственно на входе в оголовок предусмотрено сороудерживающую решетку.

Определяем размеры оголовка.

На входном оголовке со стороны верхнего откоса, h =1,5 м устанавливаем защитную стенку.



Q ‑ расход водосброса;

‑ коэффициент подтопления, -1;

m - коэффициент, расхода сооружения -0,42;

Н‑ напор на водобойную сооружение -1м.

Определяем возможную скорость воды в трубах.



µ‑ коэффициент, расхода системы ‑0,42;



Определяем площадь сечения труб водосбросного сооружения.



Принимаем количество труб от 2…4.

n=2

Определяем поперечное сечение одной трубы.



Расчетный диаметр



Принимаем стандартный диаметр=1 м



Уточняем скорость движения воды в трубах.



Для определения правильности подбора диаметра трубы необходимо подсчитать потери напора.



∑ζ‑ сумма коэффициентов сопротивлений в сооружении.

v‑ фактическая скорость.







где ω₁ ‑ площадь сечения трубы.

ω₂ =2d(d+1) ‑ площадь живого сечения потока в водобойном колодце.

d‑ диаметр трубы.



где λ ‑ коэффициент зависящий от шероховатости;

l ‑ длина трубопровода.







Если условия соблюдается , значит диаметр подобран правильно.

3. 
   Проектирование и расчет водовыпускного сооружения.
   
   1. 
      Выбор типа и конструкции.
      

Принимаем трубчатый водоспуск донного типа.

Водоспуск служит для опорожнения водохранилища при ремонте и т.д.

Расположение водоспуска может быть таким, что при спуске остается уровень мертвого объема, или водохранилище опорожняется полностью.

Мы принимаем донный водоспуск и располагаем по самым низким отметкам верхнего и нижнего бьефов.

2. 
   Гидравлический расчет.
   

Расчет заключается в подборе диаметра трубы.

Определяем поперечное сечение трубы водоспуска.



где µ‑ коэффициент расхода сооружения (0,42…0,6);

26. 
    перепад уровней воды между ВБ и НБ.
    

Определяем расчетный диаметр.



Принимаем стандартный ближний диаметр =2.







= 0.5*0.3=0.15

3. 
   Конструирование отдельных элементов.
   

Трубчатый водоспуск состоит из трубопровода, входного и выходного оголовка, колодцев для задвижек.

3. 
   Организация и технология строительства.
   
   1. 
      Способ и сроки возведения грунтовой плотины.
      

Строительство грунтовой плотины производится: начало после прохождения весеннего паводка и окончания ‑ до наступления осеннего паводка.

Способ строительства : разработка грунта в карьере, транспорт и укладка в тело плотины с помощью скреперов. Укладка производится послойно с до увлажнением до оптимальной влажности и уплотняется кулачковыми каналами.

2. 
   Порядок возведения сооружений.
   

Строится водоспуск одновременно с концевой частью водосброса. Отсыпается тело плотины, одновременно с возведением водосбросного сооружения.

3. 
   Пропуск строительных расходов.
   

Так как строительство ведется в меж паводковый период, то пропуск весенних не предусматривается. В противном случае предусмотрена система ливней отведения или пропуск строительных расходов через отводной канал.

3. 
   Список используемой литературы.
   

1. 
   Розанов Н.П., Гидротехнические сооружения., М. Агропромиздат. 1985г.
   
2. 
   Лапшенков В.С., Курсовое и дипломное проектирование по гидротехническим сооружениям., М М. Агропромиздат.1989г.
   
3. 
   Волков И.М. Гидротехнические сооружения., М,; Колос, 1968