Проектирование наливной плотины СПК "Новый рассвет" Бахчисарайского р-на АРК

ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ

ДП.5.092604.031.018.ПЗ

ПШЕНИЦЫНОЙ ЕЛЕНЫ АЛЕКСАНДРОВНЫ

2010

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1 Общая часть

1.1 Естественные и хозяйственно-строительные условия

1.1.1 Местоположение объекта

1.1.2 Климат

1.1.3 Гидрологические условия

1.1.4 Инженерно – геологические условия

2 Водохозяйственный расчет

3 Компоновка сооружений

4 Грунтовая плотина

4.1 Проектирование поперечного профиля грунтовой плотины

4.1.1 Определение отметки гребня плотины и её высоты

4.1.2 Проектирование гребня плотины

4.1.3 Проектирование откосов плотины

4.1.4 Проектирование дренажа

4.1.5 Проектирование противофильтрационных устройств

4.1.6 Проектирование сопряжения тела плотины с основанием и берегами

4.2 Расчет плотины на фильтрацию

4.3 Расчет низового откоса на устойчивость

5 Наполняющий водовод

6 Водовыпускное сооружение

6.1 Выбор типа и конструкции водовыпуска

6.2 Гидравлический расчет водовыпуска

6.3 Расчет пруда на опорожнение

7 Организация производства работ по строительству гидроузла.

Объемы работ

8 Сметная стоимость строительства

9 Охрана труда при производстве строительных работ

10 Техническая эксплуатация гидроузла

11 Охрана окружающей среды

12 Экономическая эффективность

Список используемой литературы

Приложение

1
ОБЩАЯ ЧАСТЬ

1.1
Естественные и хозяйственно-строительные условия

1.1.1
Местоположение объекта

Наливной пруд оросительной системы располагается в 300 м севернее с. Танковое Бахчисарайского района. В низовье безымянной балки правого склона долины р. Бельбек. Село Танковое связанно асфальтированной дорогой Бахчисарай – Ялта с районным центром. Ближайшая железнодорожная станция Бахчисарая находится в 20 км от с. Танковое.

1.1.2
Климат

Температура.

Самый теплый месяц – июль-август, самый холодный – январь-февраль. Наибольшая среднегодовая температура +11,3°С, наименьшая -9°С. Абсолютная амплитуда колебания температуры 70 (наибольшая +39°С, наименьшая -31°С). Величина безморозного периода 154 дня. По средним многолетним данным первый заморозок осени 9.09.

Осадки.

Количество осадков колеблется в пределах 400-700мм. Норма осадков для створа пруда составляет 580мм, годовая сумма осадков в маловодном году 80% обеспеченности составляет 477мм.

Испарение с водной поверхности.

Среднемноголетняя величина испарения с водной поверхности составляет 678 мм, по году 80% обеспеченности 733 мм. Расчетная величина потерь на испарение (с учетом осадков) по маловодному году 80% обеспеченности составляет 393 мм.

Ветер.

Максимальная скорость ветра по м.с. Голубинка характеризуется следующими данными:

Таблица 1.1

1.1.3
Гидрогеологические условия

Водохранилище проектируется на сухой балке. Водосборная площадь балки в створе плотины составляет 1,57 км²
. Собственный сток балки настолько незначителен, что в расчетах наполнения пруда не учитывается.

Максимальные расходы и объёмы ливневого стока, согласно расчетам, характеризуются следующими данными:

Таблица 1.2

Наполнение пруда предусматривается из реки Бельбек. Расчетный сток реки Бельбек по маловодному году 80% обеспеченности характеризуется следующими данными:

Таблица 1.3

Наполнение пруда предусматривается вневегетационный период декабрь-март, когда в р. Бельбек имеется большой свободный сток.

Общее поступление в пруд твердого стока определено в объёме 280 м³
в год или 14,0 тыс. м³
за срок 50 лет.

1.1.4
Инженерно-геологические условия

Наливной пруд предназначен для орошения и располагается в эрозийной балке, впадающей в долину р. Бельбек, в пределах южного склона обширной межгорной долины, разделяющей внутреннюю гряду Крымских гор.

Участок створа плотины и чаша пруда сложены известняками инкерманского яруса нижнего палеогена и четвертичными отложениями.

Известняки светло-серые, органогенные, массивные, крепкие. Четвертичные отложения представлены двумя генетическими видами пород:

a) делювиально-пролювиальными, залегающими в днище балки и представленными древесными грунтами и суглинками общей мощностью 07 – 4,2 м. Водопоглощающие породы – выветренная зона известняков и древесные грунты.

Водоупор – монолитная зона известняков.

Грунтовые воды в балке на период изысканий под плотиной встречаются на глубине 5-7 м.

2
ВОДОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ РАСЧЕТ

Проектируемый пруд является наливным. Наполнение его осуществляется в осенне-зимний период из реки Бельбек по наполняющему водоводу.

Согласно топографической характеристике чаши пруда отметке НПУ = 74,60м соответствует объём:

W_НПУ
= 335 тыс. м³

Площадь зеркала:

F_НПУ
= 4,05 га

Отметке ФПУ = 78,20 м соответствует объём:

W_ФПУ
= 495 тыс. м³

Площадь зеркала:

F_ФПУ
= 5,1 га

Отметке УМО = 59,10 м соответствует объём:

W_УМО
= 14,0 тыс. м³

Площадь зеркала:

F_УМО
= 0,51 га

Потери воды на фильтрацию через основание и тело плотины при хороших геологических условиях принимаются 15% от полного объёма пруда.

W_Ф
= 0,15W_ср.
, тыс. м³

(2.1)

где W_ср

– средний объём пруда, тыс. м³

W_ср
=
+ W_УМО
=
+14 = 174,5 тыс. м³

(2.2)

W_Ф
= 0,15 · 174,5 = 26,2 тыс. м³

Потери на испарение с водной поверхности определяем по формуле:

W_ИСП.
= h_исп.
· F_ср.
= 0,393 · 174,5 = 68,57 тыс. м³

(2.3)

где h_исп.

– слой испарений, принятый по карте изолиний,

h_исп.
=
393мм;

F_ср.

– средняя площадь зеркала, соответствующая среднему объему,

W_ср

- = 174,5 тыс. м³
;

Общие потери воды из пруда:

W_ПОТ.
= W_Ф
+ W_ИСП.
= 26,2 +68,57 = 94,77 тыс. м³

(2.4)

Полезная отдача из пруда:

W_ПОЛ.
= W_НПУ
- W_УМО
- W_ПОТ.
= 335 – 94,77 – 14 = 226,23 тыс.м³

(2.5)

Возможная площадь орошения:

ω_ор.
=
=
= 113 га
(2.6)

где - средневзвешенная оросительная норма,

= 2000 м³
/га

3. КОМПОНОВКА СООРУЖЕНИЙ

В состав сооружений гидроузла входят:

1. Земляная плотина с ядром, высота которой 28,2 м назначена с учетом создания аккумулирующей ёмкости для полного зарегулирования паводка.

2. Водовыпуск для подачи воды для орошения и опорожнения пруда. Трасса водовыпуска прокладывается у правого борта, где скала почти выходит на поверхность, что позволит разместить трубу водовыпуска на прочном основании.

3. Трубопровод для наполнения пруда начинается у автодороги Бахчисарай-Ялта, далее проходит по окраине села Танковое, затем у плотины переходит на левый борт, где заходит в пруд.

В связи с отсутствием поводкового водосброса компоновка гидроузла отличается простотой.

4. ГРУНТОВАЯ ПЛОТИНА

4.1 Проектирование поперечного профиля плотины и её высоты

4.1.1 Определение отметки гребня плотины и её высоты

Отметку гребня плотины назначаем су четом возвышения его над расчетным уровнем воды. Возвышение гребня плотины «h» определяем по двум расчетным уровням воды в верхнем бьефе:

1. По нормальному подпорному уровню;

2. По форсированному подпорному уровню.

Возвышение гребня плотины определяем с учетом высоты наката ветровой волны «h_н
», ветрового нагона «∆h» и конструктивного запаса «а».

h = h_н
+ ∆h + а
(4.1)

где h_н

– высота наката ветровой волны на откос, м;

∆h –
высота ветрового нагона, м;

а
– конструктивный запас, м. Зависит от класса капитальности, для плотины 3 класса а
= 0,5 м.

Прежде чем определить высоту наката ветровой волны на откос, необходимо определить высоту бегущей волны «h_%
» расчетной обеспеченности, её длину «λ» и период «Т». Элементы ветровых волн зависят от скорости ветра, длины разгона волны и формы водохранилища.

Расчетная скорость ветра на высоте 10 м определяется по формуле 4.2:

V_Р
= K_Z
× K _{f i}

× V_Z

(4.2)

где K_Z

– коэффициент приведения к высоте 10м. при высоте плотины более 10 м K_Z

= 1;

K _fi


– коэффициент пересчета данных по скоростям ветра, измеренных по флючеру. При V
< 20 м/с K _fi


= 1,0;

V_Z

– максимальная скорость ветра, измеренная на высоте Z.

При НПУ
V_Z

– 4% обеспеченности, при ФПУ
– 50% обеспеченности.

V_40%
=
16 м/с, V_50%
=
7,3 м/с.

Расчеты при НПУ ФПУ

Расчетная скорость ветра: V_Р
= 1·1·16 = 16 м/с

V_Р
= 1·1·7,3 = 7,3 м/с

Средние параметры волны в глубоководной зоне определяем в следующем порядке:

Определяем безразмерные величины:

и (4.3)

где - ускорение свободного падения = 9,81 м/с²
;

- продолжительность действия ветра. Для предварительных расчетов принимаем =
6 часов;

- расчетная длина волны, = 5,6 км.

= 5,6 км
= 6,2 км

=
= 13237
=
= 29027

=
= 176,3
=
= 937

По графику 1.5 [Л1] с 23 по найденным величинам находим:

и (4.4)

= 0,09
= 4,4
= 0,12
= 5,3

= 0,025
= 1,8
= 0,045
= 2,9

Среднюю величину высоты волны и период Т
определяем по минимальным значениям.

= 0,025
= 1,8
= 0,45; = 0,24

=
=
= 0
=
=
= 0

Т =
=
= 2,94 с Т =
=
= 2,16 с

Средняя длина волны определяется по формуле:

λ_d
=
(4.5)

λ_d
=
=
= 13,5 м λ_d
=
=
=7,3 м

Обеспеченность высоты волны при определении высоты каната принимается равной 1% обеспеченности. Высоту волны при этой обеспеченности определяем по формуле:

= К_i
·
(4.6)

где К_i

– коэффициент принимается по графику1.6 [Л1] с 24

при = 176,3 К_i
= 2,07
= 937 К_i
= 2,13

= 2,07 · 0,65 = 1,35 м
= 2,13 · 0,24 = 0,51 м

Высоту наката волны для глубоководной зоны определяем по формуле:

= К_т
· К_р
· К_sр
· К_гип
·
·
(4.7)

где К_т

и К_р

– коэффициент принимается по таблице 1.4 [Л1] с 24,

в зависимости от вида покрытия откоса. Для железобетонных плит К_т

= 1,0; К_р

= 0,9.

К_sр

– коэффициент зависящий от крутизны откоса и скорости ветра.

Принимаем по таблице 1.5 [Л1] с 25,

К_sр

= 1,5
К_sр

= 1,1

К_гип

- коэффициент принимается по графику ……… в зависимости от отношения λ_d
/

=
=10; К_гип
=1,38
=
=14,5; К_гип
=1,7

–
коэффициент, учитывающий угол между фронтом волны инормалию к оси плотины.Принимаем =0, тогда =
1,0.

Подставляем данные в формулу 1.7, получим:

= 1·0,9·1,5·1,38·1·1,35 =2,52
= 1·0,9·1,1·1,7·1·0,51 =0,86

Высоту ветрового нагона определяем по формуле:

∆h =
=
(4.8)

где – коэффициент принимается в зависимости от скорости ветра,

= 2 · 10^-6

;

- глубина воды перед плотиной

при НПУ = НПУ - дна = 74,5 – 51,5 = 23 м;

при ФПУ = ФПУ - дна = 78,2 – 51,5 = 26,7 м.

∆h = 2 · 10^-6

=0,013 м ∆h = 2 · 10^-6

=0,003 м

Подставляем найденные величины в формулу 4.1, получим:

h = 2,51 + 0,013 + 0,5 = 3,023 м h = 0,86 + 0,003 + 0,5 = 1,363 м

Отметка гребня плотины:

ГП = НПУ+ h =74,5+3,023=77,523м ГП = ФПУ+ h =78,2+1,36=79,56м

Из двух значений принимаем большее значение. Окончательно принимаем отметку гребня ГП = 79,60 м
.

Определяем проектную высоту плотины:

Н_пр.
= ГП - осн., м
(4.9)

где осн. –
отметка основания плотины, м.

осн. = тальв. – t_р.с.
, м
(4.10)

где тальв.
– отметка тальвега, равная 51,6 м;

t_р.с.

– толщина снятия растительного слоя в тальвеге,

t_р.с.
=
0,2 м.

осн. = 51,6 – 0,2 = 51,4 м

Н_пр.
= 79,6 – 51,4 = 28,2 м

В первые годы эксплуатации плотина даст осадку. Принимая величину осадки для хорошо укатанных плотин равной 2% от Н_пр.

, определим строительную высоту плотины:

Н_стр.

= 1,02
· Н_пр.
= 1,02 · 28,2 = 28,76 м
(4.11)

4.1.2 Проектирование гребня плотины

Гребень плотины необходим для придания устойчивости поперечному профилю плотины. Ширину гребня назначаем, исходя из категории проектируемой дороги, равной 8 м. Длина плотины по гребню составляет 199 м. Проезжую часть дороги укрепляем одеждой, в состав которой входят покрытие и основание. Покрытие выполняем щебенистым, толщиной 0,2 м. Основание выполняет роль дренирующего слоя. Вода из дренирующего слоя корытного профиля отводится через дренажные воронки на откосы. Воронки располагаются по обеим сторонам корыта в шахматном порядке на расстоянии 4 м друг от друга. Для стока поверхностных вод гребень выполняем с поперечным уклоном 4% в обе стороны от оси. По краям гребня с обеих сторон устанавливаем сигнальные столбики через 3 м друг от друга. Отметка гребня определена расчетом и составляет 79,6 м.

4.1.3 Проектирование откосов плотины

Откосы плотины ломаного очертания. Крутизна их зависит от высоты плотины, грунтов тела плотины и основания, способов производства работ. Принимаем следующее заложение откосов:

верхового – m₁
= 3,0

низового - m₂
= 2,5

На обоих откосах проектируем бермы на отметке 67,00 шириной по 4 м. Берма низового откоса отводит в нижний бьеф дождевые и талые воды. Для этого ей придаем поперечный уклон 2% в сторону откоса и устраиваем на внутренней стороне кювет-канаву. Эта берма также служит для надзора и ремонта откоса.

Верховой откос плотины подвергается действию волн пруда, ледяного покрова, атмосферному влиянию, поэтому укрепляем его от отметки 67,00 до отметки 59,10 гравийно-галечниковой обсыпкой, а выше до отметки гребня плотины – железобетонными плитами ПКО-10 (4×2). Плиты укладываем на подготовку из щебня толщиной 0,2 м и омоноличиваем в карты. Крепление верхового откоса производится как с гребня, так и с бермы верхового откоса.

Низовой откос засеваем многолетними травами по слою растительного грунта толщиной 0,2 м для ослабления разрушающего действия атмосферных осадков и ветров. Чтобы грунт не оползал, нарезаем на откосах борозды.

4.1.4 Проектирование дренажа

Дренаж плотины предназначен для:

- недопущения выхода фильтрационного потока на низовой откос;

- понижения кривой депрессии, а следовательно, повышения устойчивости низового откоса;

- отвода воды, фильтрующейся через тело плотины и основание в нижний бьеф;

- предотвращения возникновения фильтрационных деформаций.

В проекте принято дренажное устройство в виде дренажной призмы из камня. Со стороны тела плотины дренаж окружен обратным фильтром из щебня

d = 20-40 мм и разнозернистого песка. Толщина слоев фильтра 20 см. Дренаж имеет форму трапеции со следующими разрезами:

- высота – 4м;

- ширина по верху – 2 м;

- заложение откосов m₁
= 1,5; m₂
= 2,5.

4.1.5 Проектирование противофильтрационных устройств

Противофильтрационным устройством является ядро в центральной части плотины. Ось ядра совмещена с осью плотины. Ядро отсыпается из суглинков. В поперечном сечении оно имеет форму трапеции с размерами: ширина поверху – 3м, понизу в русловой части – 16 м, крутизна откосов 1:0,25. Верх ядра возвышается над ФПУ на высоту капиллярного поднятия.

4.1.6 Проектирование сопряжения тела плотины с основанием и берегами

Для предотвращения вредных последствий фильтрации в основании плотины и для повышения её устойчивости против плоского сдвига проектируем в основании замок. Врезка осуществляется в коренные породы на глубину от 1,0 до 9,6 м. Ширина замка по дну 4 м, крутизна откосов 1:1,0.

Сопряжение тела плотины с берегами выполняется планировкой откосов наклонными уступами. Перед насыпкой тела плотины в основании удаляется растительный грунт и грунты с высоким коэффициентом фильтрации. Затем пропашным плугом рыхлится основание и уплотняется кулачковыми катками толщиной слоя 20-30 см.

4.2 Расчет плотины на фильтрацию

Целью фильтрационного расчета является определение положения кривой депрессии в теле плотины и полного фильтрационного расхода.

Расчет ведем при отметке НПУ в пруде.

Определяем напор по формуле:

Н = НПУ - тальв. = 74,5 – 51,25 = 23,25 м
(4.12)

Определяем положение раздельного сечения:

ΔL =
· Н =
· 23,25 = 9,96 ≈ 10 м
(4.13)

Аналитически определяем расстояние от раздельного сечения до начала дренажа и проверяем его графически:

L=ΔL+( ГП- НПУ)·
+В_гр
+В_бер
+( ГП - др.)·
- ( др –

- осн.)·
=10+(79,6-74,5)·3+8+4+(79,6-55,25)·2,5-(55,25-51,25)·1,5=

= 92,18 м
(4.14)

где ΔL
– раздельное сечение, м;

ГП
– отметка гребня плотины, м;

НПУ
– отметка нормального подпорного уровня, м;

В_гр

– ширина гребня, м;

В_бер

– ширина бермы, м;

- заложение низового откоса;

-
заложение верхового откоса;

осн.
– отметка основания, м;

др
– отметка верха дренажа, м;

– заложение внутреннего откоса дренажа.

Приводим грунт тела ядра к грунту тела плотины:

Я =
·
=
· 10 = 2500 м
(4.15)

где -
коэффициент фильтрации грунта тела плотины, =0,08м/сут;

-
коэффициент фильтрации грунта тела ядра, =0,08 м/сут;

- средняя толщина ядра, м.

=
=
= 10 м

Определяем приведенную длину:

L_пр.
= L + Я -
= 92,18 + 2500 – 10 = 2582,18 м
(4.16)

Определяем ординату кривой депрессии на входе в дренаж:

h₁
=
-
=
- 2582,18 = 0,1 м
(4.17)

Определяем заход кривой депрессии в дренаж:

I =
=
= 0,05 м
(4.18)

Строим кривую депрессии по уравнению:

y²
= 2 h₁
· х, м²

(4.19)

Задаемся значением «х» и вычисляем «у», сводя расчеты в таблицу 4.1

Таблица 4.1

Строим кривую депрессии в системе координат ХОУ.

Определяем удельный фильтрационный расход через тело плотины:

q_ф
= К_ф
· h₁
= 20 · 0,1 = 2 м³
/сут/м
(4.20)

где К_ф

– коэффициент фильтрации грунта тела плотины,

К_ф

= 20 м/сут.

Полный фильтрационный расход будет:

Q_ф
=
q_ф
·L_пл
= 0,5·2·199 = 199 м³
/сут
(4.21)

где L_пл

– длина плотины по гребню, м.

4.3 Расчет низового откоса на устойчивость

Расчет низового откоса на устойчивость проводим с целью проверки достаточности заложения низового откоса. Расчет проводим по методу круглоцилиндрических поверхностей скольжения.

Вычерчиваем низовой клин плотины с осредненным откосом. В полученный профиль переносим кривую депрессии. Из середины откоса проводим вверх вертикальную линию и другую линию под углом 85° к откосу. Между этими лучами находится область центров кривых скольжения. Откладываем отрезки АВ и АД в зависимости от проектной высоты и заложения низового откоса. Проводим дуги ВС и ДF. Получили криволинейный 4-х угольник ВСДF – область центров кривых скольжения. Расчет ведем, располагая поочередно в этой области 3 центра кривых. Выбираем радиусы R₁
=64 м, R₂
=72 м и R₃
=56 м так, чтобы дуги, соответствующие им, захватили половину гребня, часть поперечного профиля плотины и основания и вышли за низовым откосом.

Отсек грунта, заключенный между гребнем, осредненным низовым откосом и кривой скольжения, делим на полосы, шириной в=0,1R. По каждой полосе измеряем высоту слоя сухого и мокрого грунта и записываем результаты в таблицы. (см. Приложения В, Г)

Вычисляем приведенную высоту слоя грунта по формуле:

h_пр
= h_сух
+
· h_мок

(4.22)

где h_сух

– высота слоя сухого грунта, измеренная по середине каждой полосы, м;

h_мок

- высота слоя мокрого грунта, измеренная по середине каждой полосы, м;

-
плотность мокрого грунта,=1,02 т/м³
;

- плотность сухого грунта, = 2 т/м³

Вычисляют для каждой полосы - и :

=
(4.23)

=
(4.24)

где – порядковый номер полосы;

Определяем произведения h_пр
·
и h_пр
·
, результаты вычислений сводим в таблицы (Приложения В, Г).

Ведем подсчет удерживающих сил, пользуясь известными значениями углов естественного откоса () и удельных сцеплений (С, т/м²
)

Определяем длины дуг, соответствующих различным грунтам:

L =
·
, м
(4.25)

где R
– радиус дуги скольжения, м;

– угол, соответствующий каждой зоне грунта в сухом и мокром состоянии.

Пользуясь графическим Приложением к расчету, определяем площади зон действия фильтрационного потока до дренажа – W₁

и после него – W₂

.

W = Σ h_мок
· В, м²

(4.26)

Определяем радиусы r₁

и r₂

и уклоны зон i₁

и i₂

Коэффициент устойчивости низового откоса определяется по формуле:

К_уст
=
≥
(4.27)

где – нормативный коэффициент устойчивости откоса, равный для 3 класса капитальности 1,1

К₁
= 1,6 К₂
= 1,75 К₃
= 1,51

Средний коэффициент устойчивости будет:

К_ср
=
=
= 1,62 > 1,1

Низовой откос устойчив, так как К_ср
>
следовательно, заложение его принято верно.

5 НАПОЛНЯЮЩИЙ ВОДОВОД

Наполнение пруда производится с помощью существующей насосной станцией на р. Бельбек. Общая протяженность подпитывающего тракта составляет 1837 м, из них – 1312 м существующий трубопровод и требуется строительство нового трубопровода длиной 525 м.

Новый трубопровод начинается от автодороги Бахчисарай-Ялта и заканчивается включением в пруд.

До ПК1 + 41 трубопровод прокладывается в одной траншее с трубопроводом МКр, а далее, в районе плотины переходит на левый берег, где включается в пруд.

На начальном участке до ПК1 + 41 трубопровод запроектирован из асбестоцементных труб ВТ-9 d_у
=300 мм. От ПК1 + 41 до ПК4 + 64, где трубопровод прокладывается у подошвы плотины, он запроектирован из стальных труб 3255×7 мм. Концевой участок подпитывающего тракта представляет собой прокоп, отрываемый в скальных грунтах.

Расход наполняющего трубопровода 100 л/с.

Определяем d
асбестоцементных труб:

d_а/ц
= 1,13
, м
(5.1)

где Q
– расход наполняющего водовода, Q =
100 л/с;

ν
– скорость движения воды в асбестоцементных трубах, ν
= 2 м/с.

d_а/ц
= 1,13
= 0,253 м

Принимаем d
= 300 мм.

Потери напора по длине асбестоцементного трубопровода:

h_l
= АlQ²

(5.2)

где А
– удельное сопротивление для асбестоцементных труб, А=
2,03;

l
– длина трубопровода, l =
141 м

h_l
= 2,03 · 141 · 0,1²
= 2,86 м

Местные потери:

h_м
= 0,1h_l
= 0,1 · 2,86 = 0,286 м
(5.3)

Определяем диаметр стальных труб.

Скорость движения воды в стальных трубах ν
= 1,5 м/с.

d_ст
= 1,13
= 1,13
= 0,292 м

Принимаем d
= 325 мм.

Потери по длине:

h_l
= АlQ²

где А
– удельное сопротивление для стальных труб, А=
0,6187;

l
– длина участка трубопровода для стальных труб, l =
333 м

h_l
= 0,6187 · 333 · 0,1²
= 2,06 м

Местные потери:

h_м
= 0,1h_l
= 0,1 · 2,06 = 0,206 м

Определяем напор в наполняющем трубопроводе по формуле:

Н = Н_геод.
+ Σh_l
+ Σh_м
+ h_св.

(5.4)

где Н_геод.

– геодезическая высота, Н_геод

= 80,6 – 20,6 = 60 м;

Σh_l

– суммарные потери по длине в а/ц и стальном трубопроводе;

Σh_м

– тоже для местных потерь;

h_св.

– свободный напор, h_св.

= 1,0 м

Н = 60 + 2,86 +0,286 + 2,06 +0,206 + 1 = 66,412 м

6 ВОДОВЫПУСКНОЕ СООРУЖЕНИЕ

6.1 Выбор типа и конструкции водовыпуска

Пруд проектируется для целей орошения. Для подачи воды на орошение в теле плотины предусмотрен донный трубчатый водовыпуск. Вход в водовыпуск расположен ниже УМО, что позволяет выпускать воду из пруда частично или полностью во время ремонта откосов плотины и очистки ложа пруда от наносов.

Донный трубчатый водовыпуск запроектирован в виде стальной сварной трубы диаметром 300 мм, уложенной под телом плотины. Общая длина водовыпуска 145 м. По длине трубы на неё наварены металлические диафрагмы, служащие для увеличения пути фильтрационного потока под сооружением. В голове водовыпуска установлен приемный колодец, снабженный шандорами и решеткой, оголовок трубы, помещенной в колодец, снабжен раструбом и сеткой. В конце водовыпуска устроен выход в колодец с задвижками: основными и ремонтной. Основные обеспечивают подачу воды на орошение и на сброс. На сбросном трубопроводе запроектирован водобойный колодец.

Траншея под водовыпуск забивается жирными суглинками с тщательным уплотнением вручную. Под диафрагмы устанавливаются специальные приямки. Во избежание коррозии трубы покрывают усиленной гидроизоляцией в два слоя.

6.2 Гидравлический расчет водовыпуска

Расчет сводится к подбору диаметра трубы водовыпуска, позволяющего пропустить необходимый расход.

Пропускная способность напорного водовыпуска может быть определена по формуле:

Q = μω
, м/с
(6.1)

где μ
– коэффициент расхода системы;

ω –
площадь поперечного сечения трубы при принятом диаметре, м²
;

Н

– напор перед трубой водовыпуска, м.

Принимаем стальные трубы диаметром 300 мм (0,3 м) и определяем площадь поперечного сечения трубы

ω =
=
= 0,07 м²

(6.2)

Коэффициент расхода системы определяем по формуле:

μ =
=
= 0,3
(6.3)

где - сумма коэффициентов сопротивления – местных и по длине;

=
+
= 9,67 + 1,77 = 11,44
(6.4)

=ξвх + ξреш + ξзадв + ξвых
= 0,1+0,2+1+0,47= 1,77
(6.5)

где ξвх

– сопротивление на входе, ξвх

= 0,1;

ξреш

– сопротивление в решетке, ξреш

= 0,47;

ξзадв

– сопротивление задвижки, ξзадв

= 0,2;

ξвых

– сопротивление на выходе, ξвых

= 1

ξреш
= 1,5
⁴
= 1,5
⁴
= 0,47
(6.6)

где d₁


– диаметр раструба, равный 400 мм.

Сопротивление по длине вычисляем по формуле:

ξдл =

=
= 9,67
(6.7)

где λ

– коэффициент трения для стальных труб;

l

– длина трубы водовыпуска, м; l

= 145 м.

Определяем напор перед водовыпуском:

Н = УМО - ОСИ трубы на выходе = 59,10 – 51,07 = 8,03 м
(6.8)

Подставив полученные данные в формулу 6.1, получим пропускную способность водовыпуска:

Q = 0,3 × 0,07 × 4,43
= 0,26 м³
/с

При принятом диаметре d = 0,3 м, получена пропускная способность Q = 0,26 м³
/с . Этого расхода достаточно для орошения 113 га орошаемых земель.

6.3 Расчет пруда на опорожнение

Расчет пруда на опорожнение сводится к определению времени опорожнения пруда при выпуске из него воды.

Уровни воды берем через 1,0 м от отметки НПУ = 74,5 до отметки оси трубы на входе = 52,00 м.

Объем пруда при различных уровнях берем по топографической характеристике чаши пруда, пользуясь кривой объемов W = f(Н)

(Приложение А).

Объем сливной призмы определяем как разность между двумя соседними объемами. Средние уровни – среднее арифметическое между двумя соседними уровнями. Напор вычисляем как разность между средним уровнем и отметкой оси трубы на входе.

Расход определяем по формуле 6.1 в м³
/с и переводим его в тыс. м³
/сут. Время опорожнения находим делением объема сливной призмы в тыс. м³
на расход в тыс. м³
/сут.

Результаты сводим в таблицу 6.1

Таблица 6.1 – Расчет на опорожнение.

Поскольку в нормальных условиях эксплуатации пруд должен опорожняться слоями не больше 0,2 м/сут., фактический срок опорожнения составит 63,9 суток.

7 ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА РАБОТ ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ ГИДРОУЗЛА. ОБЪЕМЫ РАБОТ

Возведению любых гидротехнических сооружений предшествуют работы по переноса проекта в натуру. Он состоит в закреплении на местности отдельных точек сооружения, определяющих его основные осевые лини в соответствии с положением их на генплане.

После переноса проекта в натуру приступают к подготовке основания плотины и ложа пруда.

Первой операцией строительства является снятие растительного слоя грунта с основания плотины, пруда и карьера. Толщина снятия растительного слоя колеблется от 0,2 м по бортам до 1,4 м в тальвеге, где удаляют илистые грунты с малым удельным сцеплением. Срезка растительного грунта ведется бульдозером Д-192 с перемещением 30-70 м. Часть растительного грунта в объеме, необходимом для крепления низового откоса, остается во временном отвале со стороны нижнего бьефа плотины. Остальной грунт грузиться на самосвалы и перемещается во временные отвалы выше зоны НПУ.

Разработка грунта в траншее под замок производится:

1. На правом крутом склоне экскаватором прямая лопата с емкостью ковша 0,65 м³
с погрузкой на автотранспорт и возкой в ядро плотины.

2. Экскаватором - драглайн емкостью 0,8 м³
с выбросом грунта на бровку котлована с перемещением бульдозером на расстоянии от 10 до 30 м, в пригрузочные призмы и ядро плотины.

Разработка грунта в замке производится с оставлением по периметру защитного слоя 30 см, который дорабатывается перед забивкой замка. Доработка защитного слоя производится в днище бульдозером с выбросом экскаватором – драглайн емкостью 0,8 м³
на бровку, на откосах – экскаватором – драглайн.

Укладка грунта в тело плотины и замок ведется с послойным уплотнением слоя 20-30 см при оптимальной влажности. Если грунт, завезенный из карьера, обладает влажностью выше оптимальной, его подсушивают на месте укладки после разравнивания путем выветривания и естественного испарения.

Строительство ведется в весенне-летний период. Чтобы уложенный грунт не переувлажнялся атмосферными осадками, уплотнение производится немедленно.

Наращивание плотины производится по всему профилю плотины. Уплотнение грунтов в замке и теле плотины производиться по всему профилю. Уплотнение грунтов в замке и теле плотины производится кулачными катками Д-220 за 12-18 проходов, в местах сопряжения ядра с бортами дополнительно уплотняют грунт пневмотрамбовками.

Верховой откос плотины подлежит креплению железобетонными плитами. Для обеспечения проектной плотности грунта, откос отсыпается с уширением на 30-40 см по сравнению с проектными габаритами. Неуплотненный грунт снимается с откосов бульдозером и укладывается в тело плотины. Планировка гребня, берм, откосов производится бульдозером. Монтаж сборных железобетонных плит производится гусеничным краном МУК-25. Плиты омоноличиваются в карты. Низовой откос крепиться посевом многолетних трав по слою растительного грунта толщиной 20 см.

Растительный грунт с площади карьера снимается бульдозером и перемещается во временный отвал, используется для рекультивации карьера.

Донный водовыпуск. В состав донного водовыпуска входят: входной оголовок, стальная труба диаметром 300 мм, выходной оголовок. Сечение – трапецеидальное, шириной по дну – 2,0 м и откосами 1:1,0. Разработка грунта в траншее производится экскаватором обратная лопата с ковшом емкостью 0,65 м³
с выбросом грунта в отвал на бровку траншеи. Доработка траншей под диафрагмы производятся вручную. Обратная засыпка – вручную с применением пневмотрамбовок, монтаж трубопровода производим краном – трубоукладчиком ТК-53.

Далее производятся расчеты основных объемов работ.

Таблица 7.1 Срезка растительного грунта с основания плотины

W = В_ср
· L · t_ср
, м³

(7.1)

где Н_пр

– проектная высота плотины, м;

В
– ширина плотины по основанию на поперечниках, м;

В_ср

–средняя ширина плотины по основанию между поперечниками, м;

L
– расстояние между поперечниками, м;

t
– толщина срезки растительного грунта с основания плотины, м;

t_ср

– средняя толщина срезки растительного грунта, м;

W
– объем срезки растительного грунта, м³
.

Таблица 7.2 Объем отрывки замка

W_зам
= ω_ср.зам
· L, м³

(7.2)

ω_ср.зам
= (В_зам
+ m_зам
+ Н_зам
)· Н_зам
, м²

(7.3)

где Н_зам
–
глубина замка, м;

В_зам

– ширина замка по дну, м;

m_зам

– заложение откосов замка;

ω_зам

– площадь сечения замка, м²
;

W_зам

– объем отрывки замка, м³

Таблица 7.3 Объем насыпи тела плотины

W_пл
= ω_ср.пл
· L, м³

(7.4)

ω_пл
= (В_гр
+ m_ср
+ Н_стр
)· Н_стр
, м²

(7.5)

где Н_стр
–
строительная высота плотины, м;

В_гр

– ширина гребня плотины, м;

m_ср.пл

– среднее заложение откосов плотины;

ω_пл

– площадь поперечного сечения плотины, м²
;

W_пл

– объем насыпи тела плотины, м³

Таблица 7.4 Площадь планировки мокрого откоса

S_мокр
= L_{мокр.ср}
· L, м²

(7.6)

L_мокр
= Н_стр

(7.7)

где L_мокр
–
длина мокрого откоса, м;

- заложение мокрого откоса;

S_мокр

– площадь планировки мокрого откоса, м²
.

Таблица 7.5 Площадь планировки сухого откоса

S_сух
= L_сух.ср
· L, м²

(7.8)

L_сух
= Н_стр

(7.9)

где L_сух
–
длина сухого откоса, м;

- заложение сухого откоса;

S_сух

– площадь планировки сухого откоса, м²
.

Таблица 7.6 Объем насыпи тела ядра

W_яд
= ω_ср.яд
· L, м³

(7.10)

ω_яд
= (В_яд
+ m_яд
+ Н_стр.яд
)· Н_стр.яд
, м²

(7.11)

где Н_стр.яд
–
строительная высота ядра м;

В_яд

– ширина ядра поверху, м;

m_яд

– заложение откосов ядра;

ω_яд

– площадь сечения ядра, м²
;

W_яд

– объем насыпи ядра, м³

Площадь планировки гребня плотины:

S_гр
= В_гр
· L_гр
= 8 · 199 = 1592 м²

(7.12)

где В_гр
–
ширина гребня, м;

L_гр

– длина плотины по гребню, м;

Площадь планировки берм:

S_бер
= В_б.в.о
· L_б.в.о
+ В_б.н.о
· L_б.н.о
= 4·126+4·130 = 1024 м²

(7.13)

где В_б.в.о
, В_б.н.о
–
ширина берм верхового и низового откоса, м;

L_б.в.о
, L_б.н.о

– длина берм верхового и низового откоса, м

Объем дренажа:

W_др
= ω_др
· L_др
= 40 · 100 = 4000 м³

(7.14)

где ω_др
–
площадь дренажа, м²
;

L_др

– длина дренажа, м

8 СМЕТНАЯ СТОИМОСТЬ СТРОИТЕЛЬСТВА

Сметы в строительстве являются документами, определяющими стоимость строительства. Смета представляет собой расчет доходов на строительство объекта (здание или сооружение), причем затраты труда и материальных ресурсов определяются в натуральной форме, а денежные затраты – в сметной. Сметы, составленные по рабочим чертежам и утвержденные в установленном порядке, определяют собой государственную сумму на конечную продукцию строительного производства.

Утвержденная смета служит основанием для финансирования и контроля за исполнением средств, для определения плановой себестоимости работ, ее снижения, для планирования, учета и отчетности в строительстве, для заключения договоров и производства расчетов за выполненные работы.

Сметная стоимость – это денежные средства, сумма которых определяется на основе проектных данных. Сметная стоимость является основанием для определения размера капитальных вложений, финансирования строительства, расчетов за выполненные подрядные (строительно-монтажные) работы и т.д.

Исходя из сметной стоимости, ведутся учет и отчетность, производится оценка деятельности строительно-монтажных организаций и заказчиков, а так же формируется балансовая стоимость вводимых в действие основных фондов по построенным зданиям и сооружениям.

На этапе проектирования составляется инвесторная сметная документация – совокупность смет ведомостей сметной стоимости пусковых комплексов, очередей строительства, сводок затрат, пояснительных записок к ним и ведомостей ресурсов.

Локальная смета – является первичным сметным документом и составляется на отдельные виды работ и затрат на основании объемов, которые определились при разработке рабочей документации.

Объекты сметы объединяют в своем составе данные из локальных смет по всему объекту.

«Утверждаю»

сводный сметный расчет

в сумме 3177,82 тыс. грн

«01» декабря 2010 г.

Сводный сметный расчет стоимости строительства грунтовой плотины с водовыпуском и наполняющим водоводом

Составлен в текущих ценах по состоянию на 1 декабря 2010 года.

9 ОХРАНА ТРУДА ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ РАБОТ

Производство работ должно осуществляться в соответствии с указаниями по охране труда в строительстве.

При производстве земляных работ каждая землеройная машина должна быть оборудована звуковой сигнализацией. Значение сигнала должно быть разъяснено всем рабочим, связанных с работой машин.

Перед началом земляных работ необходимо убедиться в отсутствии подземных коммуникаций. При их наличии работы разрешаются только по письменному разрешению организации, ответственной за их эксплуатацию, работы производятся под наблюдением прораба или мастера.

На территории строительства должны быть установлены указатели проездов и проходов. Строительная площадка во избежание доступа посторонних лиц должна быть ограждена.

При работе экскаватора не разрешается:

- находится рабочим под его стрелой или ковшом;

- производить какие-либо работы со стороны забоя;

- пребывать посторонним лицам в радиусе действия стрелы экскаватора плюс 5 метров;

- разрабатывать грунт на косогорах, поперечный уклон которых более 30°;

- производить работы на откосах свежеотсыпанного грунта.

Грунт, вынутый из траншеи, следует размещать на расстоянии не менее 0,5 м от бровки траншеи. Запрещается установка и движение строительных машин в пределах призмы обрушения траншеи.

В местах движения рабочих через траншеи, канавы глубиной более 1 м устанавливают мостики и переходы шириной не менее 0,8 м и устанавливают перила высотой 1,1 м.

Проходы, расположенные на откосах и косогорах с уклоном более 20°, оборудуют стремянками или лестницами.

Строительно-монтажные работы должны выполняться с применением технологической оснастки.

Производство монтажных работ разрешается только при наличии проекта производства работ. Рабочее место монтажников необходимо оборудовать, обеспечивая безопасность производства монтажных работ. При подъеме элементов и конструкций обязательна сигнализация. Сигналы подает одно и тоже лицо.

Строповку элементов необходимо инвентарными стропами.

Краны и стропы перед эксплуатацией должны быть проверены.

Запрещается подъем конструкций неустановленного веса, а так же оставлять груз поднятым.

При перевозке строительных грузов и грунта в зависимости от видов транспортных средств следует соблюдать правила дорожного движения, правила техники безопасности для предприятий автомобильного транспорта.

Разгрузочные работы должны производиться согласно требованиям «Правил устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов».

Организация складского хозяйства на строительной площадке должна осуществляться в соответствии с проектом организации строительства, в котором установлены размеры площадей складов для каждого вида строительных материалов, деталей и оборудования.

Завозить материалы и конструкции на строительную площадку можно только после устройства складов, предусмотренных проектом организации строительства.

На строительной площадке необходимо соблюдать правила противопожарной безопасности. Запрещается курить в месте заправки машин. Заправку разрешено проводить только днем. Места заправки должны быть оборудованы средствами для тушения пожара.

Рабочий персонал должен быть проинструктирован и обязан знать правила техники безопасности и противопожарной техники. На видных местах следует вывесить выписки из инструкций о мерах противопожарной безопасности. При пожаре следует немедленно известить о нем ближайшую пожарную команду по телефону или ударами в колокол, находящемуся на строительной площадке.

10 ТЕХНИЧЕСКАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ ГИДРОУЗЛА

Главной целью надзора и контроля за состоянием ГТС являются:

- контроль за состоянием ГТС;

- выявление дефектов и разработка мероприятий по их устранению;

- своевременная организация работ по ремонту и реконструкции.

Постоянный контроль за состоянием ГТС обеспечивает надежную эксплуатацию их и позволяет выяснить:

- соответствие фактических, геотехнических, гидрологических и водохозяйственных параметров гидроузла, выявленных за период строительства и эксплуатации, принятых в проекте;

- достаточность запаса прочности и устойчивости сооружений;

- достаточность пропускной способности водосбросного сооружения и водовыпуска;

- достаточность принятого превышения гребня плотины и границ крепления;

- правильность размещения и достаточность контрольно-измерительной аппаратуры;

- правильность принятых при статических расчетах сооружений нагрузок на их отдельные элементы;

- состояние оползневых участков и зон, где происходит сработка берегов пруда.

Главной целью технической эксплуатации является обеспечение нормального безаварийного режима работы пруда и входящих в него сооружений.

Основными задачами службы эксплуатации являются:

- обеспечение нормального безаварийного режима работы пруда и ГТС;

- проведением систематических визуальных наблюдений за состоянием сооружений;

- выполнение периодических инструментальных наблюдений, измерений показаний контрольно-измерительной аппаратуры;

- обработка и анализ полученных данных, систематизация и обобщение материалов наблюдений;

- своевременное выявление повреждений и аварийного состояния сооружений, определение объемов работ и сроков необходимых ремонтов;

- разработка мероприятий по усовершенствованию или реконструкции сооружений для повышения их устойчивости и надежности.

Ответственность за исправное состояние сооружений гидроузла несет организация, на баланс которой передан гидроузел. Эта организация обязана организовать контроль за режимом эксплуатации объекта и обеспечить правильное, технически грамотное поддержание работоспособности гидротехнических сооружений.

Основными мероприятиями по эксплуатации пруда являются:

- соблюдение режимов работы пруда в соответствии с проектом, гидрологическими прогнозами, заявками водопотребителей, требованиями органов санитарного надзора;

- учет количества поступающей, забираемой, сбрасываемой воды;

- борьба с потерями воды на фильтрацию;

- подготовка регулирующей емкости пруда и водосбросного сооружения к пропуску паводка;

- предохранения пруда от заиления и загрязнения;

- периодическая очистка чаши пруда от растительности;

- своевременное проведение ремонтов крепления берегов пруда;

- уход за защитными лесными насаждениями на склонах пруда, укрепление и заложение оврагов с крутыми берегами и большими уклонами;

- запрещение выпаса скота в зоне сработки пруда;

- проведение санитарно-оздоровительных мероприятий в мелководной зоне и прибрежной полосе.

Для наблюдения за уровнями воды необходимо установить водомерный пост реечного типа, по которому определяют объем воды в пруду. Привязка «нуля» водомерного поста производится нивелированием опорного репера. Уровни воды измеряются ежедневно в 8 часов, а в период прохождения паводка через каждый час.

По данным наблюдений строится график колебания уровней и объемов воды в водохранилище. Повышение и понижение уровней воды в водохранилище должно составлять 0,2 м/сут. Необходимо производить наблюдения за переформированием берегов пруда, за развитием оползневых явлений, за заилением и зарастанием чаши.

Основными мероприятиями по эксплуатации данного водовыпуска является:

- следить за исправностью задвижек, монтажных вставок и уплотнений;

- принимать меры по ликвидации любых повреждений;

- регулярно проводить покраску всех металлических частей;

- производить очистку или замену сороудерживающей решетки.

При визуальных наблюдениях, осмотрах и обходах плотины необходимо следить за:

- общим состоянием берм, гребня и откосов;

- осадками, просадками, оползнями и другими деформациями земляных сооружений;

- состоянием креплений откосов;

- выходами фильтрационных вод на откосы и в обход их;

- состоянием и работой дренажных устройств.

Систематические наблюдения за состоянием бетонных и железобетонных сооружений должны производиться в доступных для осмотра местах и включают в себя:

- осмотр состояния поверхности бетона;

- наблюдения за осадкой и горизонтальными перемещениями;

- наблюдения за фильтрацией через бетон и швы.

При эксплуатации водохранилища и всех гидросооружений необходимо соблюдать правила техники безопасности, изложенные в СНиПе и «временных инструкциях по эксплуатации сооружений водохранилищ».

11 ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Проектируемый пруд расположен на неиспользуемых землях хозяйства, в соответствии с актом отведения участка, в естественном понижении. В целях создания и поддержания благоприятного водного режима водоема должна быть установлена водоохранная зона.

В проекте предусмотрено создание прибрежной полосы, шириной 20 м по контуру водоема, представляющей собой территорию строгого ограничения хозяйственной деятельности.

В пределах прибрежной зоны запрещается:

- регулярная вспашка земель;

- применение ядохимикатов;

- выпас скота;

- строительство баз отдыха, палаточных городков, автомобильных стоянок;

- осуществление строительных и земляных работ без утвержденного проекта;

- устройство свалок мусора и отходов производства.

В окрестностях пруда не имеется заводов, фабрик и других предприятий, следовательно, не будет загрязнения сточными водами. На освоенных землях выше пруда с целью недопущения ухудшения качества воды в пруде необходимо отказаться от внесения любых удобрений по снежному покрову, ограничить до возможного минимума применение азотных удобрений осенью, а так же выполнить задерновку 20 метровой полосы. В чаше пруда отсутствуют строения, захоронения и скотомогильники. При строительстве и эксплуатации пруда необходимо соблюдать «Санитарные правила по подготовке ложа прудов и каналов к затоплению, а также основные санитарные противомалярийные и рыбоводные требования». В целом строительство пруда не окажет отрицательного воздействия на окружающую среду.

12 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ

Определение технико-экономических показателей до и после строительства пруда сводим в таблицы. До строительства пруда и после его завершения под сельскохозяйственным использованием занято 113 га.

Таблица 12.1 Стоимость валовой продукции

Таблица 12.2 Производственные затраты

Таблица 12.3 Показатели экономической эффективности

Срок окупаемости и коэффициент экономической эффективности находятся в рекомендуемых пределах. Проект экономически целесообразен.

ТЕХНИЧЕСКИЙ ПАСПОРТ