Гребля із грунтових матеріалів з баштовим водоскидом

Міністерство освіти і науки України

Національний Університет водного господарства та природокористування

Кафедра гідротехнічних споруд

Пояснювальна записка до курсового проекту

на тему:

“Гребля із грунтових матеріалів

з баштовим водоскидом”

Виконав:

студент ІІІ курсу, ФВГ,ГМФ, групи 3

Лебейчук О.М.

Перевірив:

Бондар В.М.

Рівне-2006

Вступ

Сучасний стан будівельних робіт у водному господарстві, а також експлуатації споруд показує на недостатній стан стосовно водоохоронних заходів від таких споруд на НПС. Як і раніше відбувається забруднення малих річок, складання стічних вод без очищення в водотоки, розорювання заплав, ярів, балок до межинного рівня природних водотоків. Особливо порушений стан малих річок.

Водозахисні споруди на Україні складаються із системи протипаводкових ГТС на річках і споруд, призначених для захисту від підтоплення і затоплення річками населених пунктів, об’єктів, земель.

В курсовому проекті до складу споруди входять земляна гребля з дрібного піску, баштовий водоскид, донний водовипуск, горизонтальна водовідвідна труба, водобійний колодязь і відвідний канал.

Гребля – це водопідпірна споруда, що перегороджує водотік для підйому рівня води, зосередження напору в місці розміщення споруди і створення водосховища.

Баштовий водоскид – це вид зубчастого водоскиду, в якому збір води і регулювання витрат здійснюється баштою. Баштовий водоскид автоматичної дії призначений для скидання з водосховищ повеневих витрат. Донний водоспуск призначений для пропуску невеликих витрат. З допомогою водовідвїдної труби вода скидається з башти у нижній б’єф. Водобійний колодязь влаштовується для спряження води, яка витікає з водоскидної споруди. Відвідний канал з’єднує кінцеві споруди і відвідне русло річки.

Крива залежності Q = f (h)

І. Розміщення і компонування вузла споруд

В цілому розміщення гідроспоруд виконують на основі техніко-економічного порівняння варіантів розташування а також на основі порівняння умов найбільш оптимального використання водосховища .

При цьому повинні бути вирішені питання:

а) компенсування витрат сільськогосподарського виробництва;

б) інженерного захисту населених пунктів і промислових об’єктів;

в) рибогосподарського використання водосховища;

г) охорони і раціонального використання природних ресурсів.

Компоновка вузла і склад споруд встановлюється із врахуванням:

а) забезпечення найбільш повного і раціонального використання створюваного водосховища;

б) розвитку зрошення, обводнення, водопостачання;

в) заходів, що забезпечують відповідну якість води;

г) найбільш повного використання місцевих будівельних матеріалів;

д) умов і методів виконання робіт;

ж) забезпечення довговічності споруд.

ІІ. Вибір створу гідровузла

Гідровузлом називається загальний комплекс ГТС, об’єднаних умовами сумісної роботи та розташуванням. За основною галуззю водного господарства вони бувають: водозабірні, гідроенергетичні, воднотранспортні та ін.

Взагалі, створ гідровузла вибирається на основі техніко-економічного порівняння варіантів і в залежності від топографічних, інженерно-геологічних умов будівництва, а також потреб охорони зовнішнього середовища.

При виборі створу земляної греблі необхідно орієнтуватися на створ, що розміщується в найбільш вузькій частині річкової долини з метою максимального зменшення об’єму робіт при її будуванні. При можливості вісь греблі повинна бути нормальна до загального напрямку річкової долини і течії річки. При цьому також необхідно враховувати:

а) місце знаходження і потужності кар’єрів місцевих будівельних матеріалів;

б) можливість пропускати будівельні витрати в період будівництва споруди, а також можливість прокладки по гребеню греблі шляхів сполучення;

в) загальний календарний план будівництва.

При проектуванні всі ці умови врахувати неможливо і через це створ як греблі, так і гідровузла в цілому необхідно вибрати в найбільш вузькій частині річкової долини. Увибраному створі будуємо поперечний профіль долини річки (рис.2.1).

ІІІ. Визначення класу гідротехнічних споруд

Постійні гідротехнічні споруди поділяються на 4 класи і відповідно з класом визначаються значення коефіцієнтів надійності, умов робіт і т.п. при розрахунках їх по граничних станах.

Клас гідровузла встановлюємо по класу греблі. Він встановлюється в залежності від висоти греблі і типу грунту основи. Для цього, скориставшись раніше побудованим геологічним профілем долини річки (рис. 2.1), встановили, що грунт можна віднести до крупних пісків.

Для визначення приблизної висоти греблі знаходимо глибину води перед нею:

d=↓НПР - ↓дна

d = 266,45– 256,8 = 9,97(м)

Нпр=d+2

Нпр= 9,97 + 2= 11,97(м)

Оскільки Нпр<15 м , то по класифікації таблиці 3.1 метод.вказівок клас греблі буде ІV.

IV. Земляна гребля. Визначення основних розмірів поперечного профілю

Земляні греблі відносяться до водопідпірних споруд з формою, що в поперечному перерізі схожі на трапецію. Основні елементи профілю показано на рис.4.1.

Рис.4.1 Основні елементи грунтової греблі

а)поперечний розріз;

б)вид з верхнього б’єфу, поєднаний з геологічним розрізом.

1-тіло греблі, 2-гребінь, 3-надовбні, 4-низовий укіс, 5-зворотній фільтр,

6-дренажна призма, 7-поверхня водоупору, 8-шар грунту, що знімається,

9-водопроникний шар, 10-понур.

4.1. Закладання укосів греблі

Коефіцієнт закладання укосів з урахуванням фізико-механічних характеристик грунтів греблі і її основи, висоти греблі, умов виконання робіт та експлуатації діючих сил і таке інше. Для попереднього визначення коефіцієнтів закладання укосів греблі використовуємо таблицю 4.1 метод.вказівок, в якій приведено коефіцієнти закладання укосів в залежності від прийнятої висоти греблі. Згідно з таблицею 4.1 для висоти греблі 11,97м закладання верхового укосу приймаємо m1 = mh = 2,5, низового – m2 = mt = 2,25.

4.2. Гребінь греблі

Ширина гребеню греблі визначається в залежності від умов виконання робіт і експлуатації. Приймаємо що гребінь греблі буде використовуватись для проїзду транспорту, ширина його вибирається в залежності від категорії дороги, яка буде проходити по гребню.

В курсовому проекті по гребеню греблі проектується дорога ІІІ категорії, основні розміри якої надані в таблиці 4.1.

Таблиця 4.1.

Розміри елементів дороги

Для забезпечення стоку атмосферних опадів гребінь греблі виконується двосхилим з поперечним похилом в обидві сторони від осі 0.02. Вздовж проїзної частини по обочинах з інтервалом 2 м встановлюються надовби висотою 0,8м.

Конструкція гребеня греблі знаходиться за залежністю:

вгр = вп.ч.+ 2вобк = 7,0 + 2*2,5 = 12,0м.

4.3. Визначення відмітки гребеню

Відмітку гребеню греблі (↓ГрГ) необхідно визначити із умов розміщення його над розрахунковим рівнем води.

Перевищення гребню греблі визначається для двох випадків стояння рівнів води у верхньому б’єфі:

1) при нормальному підпірному рівні НПР (рис.4.2,а)

2) при форсованому підпірному рівні ФПР (рис.4.2,б)

Відмітка ФПР може бути визначена тільки після розрахунків водоскиду. Для цього потрібно знати висоту шару форсування . Цю висоту можна прийняти в залежності від максимальної скидної витрати .

↓ФПР= ↓НПР+ Нф

Так як максимальна скидна витрата Qmax= 19,8м3/с, то Нф=0,6 тоді за формулою:

↓ФПР = 266,45+ 0,6= 267,05м

Перевищення гребня hs в обох випадках визначається за залежністю:

,

де - висота накату вітрових хвиль забезпеченістю 1%;

- вітровий нагін води у верхньому б’єфі;

- запас підвищення гребня греблі, м.

Перелічені вище параметри залежать від значень швидкості вітру

4%=16 м/с, 50%= 7,3 м/с і довжини розгону вітрової хвилі = 4600м.

а)

w4%=16 м/с Vw50%=7,3м/с

L1=4,6 км L2=L1+0,1L=5,06 км

в)

Рис.4.2. Розрахункові схеми для визначення відмітки гребня і параметри хвиль

Перший розрахунковий випадок:

Дано:↓НПР = 266,45м; Vw4% = 16м/с; L1=4600м;

t=21600c; d1 = 9,97м; mh = ctg φ = 3

Визначаємо безрозмірні значення:

; ;

По кривій графіка (рис.4.6. метод.вказівок 041-51) знаходимо відповідні значення:

; ;

Порівнюємо значення і вибираємо менше:

;

Середня довжина хвилі:

Знаходимо висоту хвилі 1% забезпеченості. При значенні по графіку(рис.4.9. метод.вказівок 041-51) знаходимо значення k1% =2,1, а потім за формулою:

h1% = k1%   = 2,05 0,41 = 0,84м.

Так як h1% <1м, то приймаємо кам’яне кріплення.

Висота накату на укіс хвилі забезпеченістю 1% по накату визначається за залежністю:

При цьому = 0,7; = 0,8. При максимальній швидкості вітру м/с і mh = 3, то ksp=1,1

Визначаємо пологість хвиль за відношенням . З графіка (рис.4.8 мет.вк.) при значенній пологості , знаходимо m=3, що =1,8;

За формулою визначаємо hrun1%:

hrun1%=0,8 0,7 1,1 1,8 0,84 = 0,93м.

Висота вітрового нагону води:

=

де =

Для розрахунку в спрощеному варіанті, приймаємо, що кут =0, тоді напрямок вітру співпадає з віссю греблі.

Запас а приймаємо як більше із двох значень:

0,5м і 0,1  h1% = 0,1 0,84 = 0,084м:

а =0,5м

Перевищення греблі по першому розрахунковому випадку:

=0,93 + 0,005 + 0,50 = 1,435м

Відмітка ↓ГрГ по першому розрахунковому випадку:

↓ГрГ = ↓НПР + = 164,85 + 1,435 = 166,28м.

Другий розрахунковий випадок:

Дано: ↓ФПР = 165,45м; Vw50% = 5,1м/с; L2= 1,1L1 = 2420м;

t=21600c; d2 = 18,55м; mt = 2,40

Визначаємо безрозмірні значення:

По кривій графіка (рис.4.6 метод.вказівок) знаходимо відповідні значення:

; ;

Порівнюємо значення і вибираємо менше:

;

Середня довжина хвилі:

.

Висоту хвилі 1% забезпеченості знаходимо по графіку значення k1% = 2,1,

і потім за формулою h1% = k1% знаходимо:

h1% = 2,1 0,11= 0,29м

= 0,8; = 0,7(взято для кам’яного кріплення укосу).

Значення коефіцієнта ksp визначаємо за таблицею ksp= 0,8.

Знаходимо відношення . З графіка знаходимо, що krun=2.

За формулою визначаємо D hrun1%:

hrun1%=1 0,9 1,1 2 0,242=0,47м.

За формулою визначаємо D hset :

Dhset=

Запас а приймаємо рівним 0,5 м.

Визначаємо перевищення гребеня греблі по другому розрахунковому випадку:

= 0,47+ 0,0242 + 0,5 = 0,99м.

↓ГрГ = ↓ФПР + = 165,45 + 0,99 = 166,44м.

Порівнюємо відмітки ↓ГрГ1 і ↓ГрГ2 і беремо більшу з них, тобто:

↓ГрГ = 166,44м.

Висота греблі: hгр = d + hs = 18,55 + 0,99 = 19,95м.

Визначаємо будівельну висоту D hбуд :

Δ hбуд =

Повна будівельна висота греблі складає:

(↓ГрГ-↓дна) += 19,54 + 0,019= 19.55м.

Відмітка гребеня греблі :

↓ГрГ = ↓ГрГ +D hбуд = 166,44 + 19,55 = 185,99м.

Приймаємо ↓ГрГ = 166,44м.

4.4. Кріплення укосів

Укоси грунтових гребель повинні бути захищені спеціальними кріпленнями, розрахованими на вплив хвиль, льоду, течій води, атмосферних опадів та інших руйнуючих укоси факторів.

Вибір типу кріплення звичайно виконується на основі техніко-економічного порівняння варіантів з урахуванням максимального використання місцевих будівельних матеріалів, засобів механізації, характеру грунтів тіла греблі, довготривалості кріплення в умовах експлуатації.

4.4.1. Розрахунок конструкцій кріплень верхового укосу

Вибір типу укріплення проводиться на основі техніко-економічного порівняння різних типів, умовно цей вибір проводимо в залежності від висоти вітрової хвилі 1% забезпеченості , оскільки <1,0м приймаємо кам’яне кріплення.

Верхнею границею кріплення є ↓ГрГ = 166,44м, а нижня – глибина нижче рівня мертвого обє’му(РМО) на 2h1% (↓НГК = ↓РМО - 2h1% = 153,56 - = 153,16м).

4.4.2. Кам’яне кріплення

Кам’яне кріплення виконується у вигляді накиду із несортованого каменю. Товщину кам’яного кріпленняприймаємо не менше , де

де = 2,3т/м3 – щільність каменю

Маса одного каменю визначаємо за формулою:

, де =0,025 , ρw =1т/м

h2%= К2%.= 1,88 . 0,11 = 0,2м

ctg φ = mh = 2,75 , λ = 8,77м

Діаметр каменю:

Необхідна товщина кам’яної кладки:

.

4.4.3 Кріплення низового укосу

Кріплення низового укосу необхідно вибирати в залежності від матеріалу, з якого складено укіс з метою захисту його від атмосферних впливів, а також можливого руйнування землерийними тваринами. Так як низовий укіс греблі складено дрібними пісками, то кріплення може бути виконано у вигляді рослинного шару грунту товщиною 0,3м з подальшим висівом багаторічних трав.

4.5. Дренажне обладнання

Дренажні обладнання греблі необхідно проектувати з метою:

а) організованого відведення води, що фільтрується через тіло греблі і основу, в нижній б’єф;

б) запобігання виходу фільтраційного потоку на низовій укіс і в зону, здатну промерзати;

в) економічно виправданого зниження депресійної кривої для підвищення стійкості низового укосу;

г) попередження виникнення фільтраційних деформацій.

Вибір типу і конструкції дренажу відбувається на основі техніко-економічного порівняння варіантів і в залежності від:

а) виду греблі та інженерно-геологічних умов в основі і в берегах;

б) характеристик і кількості матеріалів дренажу;

в) умов виробництва робіт;

г) кліматичних умов району будівництва;

д) умов експлуатації споруди.

В нашому курсовому проекті ми