--PAGE_BREAK--1. Розміщення і вибір конструкції земляної греблі 1.1. Вибір створугреблі
У відповідності до СНиП 2.06.05-84* [9] створ греблі варто вибирати на підставі техніко-економічного зіставлення варіантів в ув'язуванні з компонування гідровузла та в залежності від топографічних, гідрологічних та інженерно-геологічних умов площадки будівництва та вимог охорони природного середовища.
За інших рівних умов, як правило, віддають перевагу створу греблі в найбільш вузькій частині долини річки, що складена скельними породами. При цьому варто враховувати:
а) необхідність розташування водопропускних споруд таким чином, щоб виключити можливість небезпечних розмивів берегів і підмивання греблі при скиданні води в нижній б'єф;
б) можливість пропускання води через створ греблі в період її будівництва, а також можливість прокладки по греблі і на підходах до неї доріг різного призначення як у період будівництва, так і її експлуатації;
в) доцільність включення у тіло греблі перемичок, необхідних для перекриття русла рік у період будівництва гідровузлу;
г) режим витрат та рівнів водотоку;
д) умови пропускання льоду, наносів, лісу, судів, риби й інші спеціальні вимоги, що висуваються до таких об'єкта.
У даному курсовому проекті варто розглядати тількиодин варіант розташування створу греблі, виходячи з топографічних умов, поданих на зйомці площадки будівництва. При цьому інженерно-геологічні умови вважаються цілком прийнятними для зведення земляної греблі.
Створ греблі розташовують, по можливості, перпендикулярно до горизонталей. Якщо прямий створ по цих умовах неможливий, то припускаються переломи створу, але не більше двох . На плані греблі кути повороту створу закріплюються пікетами. Пікети розбиваються з лівого берега на правий. Положення нульового пікету вибирається довільно, але з обов'язковою прив'язкою його до реперів, якими на місцевості закріплюється створ греблі. Створ греблі є єдиною закріпленою віссю до якої варто робити прив'язку всіх споруд гідровузла, що проектується і їхніх окремих елементів.
1.2. Вибір та обгрунтування типу греблі
Відповідно до [9] тип греблі варто вибирати в залежності від топографічних і інженерно-геологічних умов підвалини і берегів, гідрологічних і кліматичних умов району будівництва, величини напору води, наявності грунтових матеріалів, сейсмічності району, загальної схеми організації будівництва і виробництва робіт, особливостей пропускання будівельних витрат води, термінів запровадження в експлуатацію й умов експлуатації греблі. Тип і конструкцію греблі варто вибирати на підставі техніко-економічного порівняння варіантів, що враховують технологію будівельних робіт і загальне компонування гідровузла.
Порівнювані варіанти повинні мати однаковий ступінь опрацьованності і надійності. Для зведення греблі з грунтових матеріалів слід передбачати використання грунту і каменю, отриманих із корисних виїмок. Одним із кращих матеріалів для зведення земляної греблі є найпоширеніші грунти — суглинки. При наявності таких земляну греблю влаштовують частіше усього з однорідного грунту.
Якщо в підвалині греблі залягають водопроникні грунти глибиною до 3 м (піски, супісі, слабкі наносні грунти) то з метою попередження великих втрат води на фільтрацію, влаштовують зуб із заглибленням у водоупор на 0,5-1,25 м (рис.Д.1.1, г). При глибині водопроникної підвалини більш 3-4 м, економніше буде влаштування зуба глибиною 1-1,5 м із забиванням під ним шпунтової стінки.
При відсутності поблизу місця розташування гідровузла малопроникних грунтів (суглинків), будують греблі із наявних на місці будівництва водопроникних грунтів (пісків, супісей, гравію). Для попередження фільтрації в тілі греблі в таких випадках передбачаються протифільтраційні конструкції у вигляді ядра, екрана й ін. (див. рис.Д.1.1, д, е).
При недостатній кількості суглинків і при наявності на місці будівництва пісчано-гравійних грунтів варто проектувати греблю з різнорідних матеріалів (див. рис.Д.1.1, б, в).
При більшій потужності проникної підвалини (Т>10 м.), доцільно влаштовувати греблі з екраном і понуром (див. рис.Д.1.1, ж).
У однорідних греблях висотою більш 5-8 м з метою зниження депресійної поверхні фільтраційного потоку і забезпечення стійкості низового укосу рекомендується влаштування дренажу (див. рис.Д.1.1, а, б; рис.Д.6.1). Більш докладно з вибором типу греблі можна ознайомиться в літературі [1-4, 11].
1.3. Призначення класу капітальності споруд
Гідротехнічні споруди в залежності від можливих наслідків їхнього руйнування або порушення експлуатації відповідно до СНиП 2.06.01-86 [6] розділяються на 4 класи.
Клас капітальності земляної насипної греблі залежить від типу грунтів підвалини і висоти греблі (табл. 1.1) [8]. Тому для визначення класу капітальності будуємо подовжній профіль по осі греблі, використовуючи план місцевості в горизонталях. Повздовжній профіль і план розташовують так, щоб лівий берег був зліва, правий — справа. На побудований профіль наносяться геологічні шари, потужність яких зазначена в завданні. Геологічні свердловини на поздовжньому профілі розташовують відповідно до плану на їх відмітках поверхні землі. Отриманий геолого-літологічний розріз піддається аналізу і встановлюється тип грунтів підвалини.
При виборі класу капітальності споруд необхідно встановити висоту греблі. На даному етапі проектування вона визначається орієнтовно за залежністю
,
(1.1)
де
ÑФПР
-
відмітка форсованого підпірного рівня, м;
ÑПmin
-
найменша відмітка поверхні землі на створі греблі, м;
hг
-
орієнтоване перевищення відмітки гребеня греблі над розрахунковим рівнем (табл. 1.2), м.
Таблиця 1.1
Визначення класу капітальності земляної греблі
Назва водопідпірних споруд
Типи грун-тів підвалині
Висота споруд (м) при їх класі
I
II
III
IV
Греблі з грунтових матеріалів
А
Б
В
> 100
> 75
> 50
70–100
35 – 75
25 – 50
25 – 70
15 – 35
15 – 25
Примітка:1. Грунти: А — скельні; Б — пісчані, крупнообломочні і глинисті у твердому і напівтвердому стані; В — глинисті водонасичені в пластичному стані.
Значення перевищення відмітки гребня над ФПР орієнтовно приймають у залежності від глибини води у верхньому б'єфіd,
.
(1.2)
Обраний розмір перевищення гребня греблі над ФПР і орієнтовно підрахована висота греблі використовуються тільки для попереднього визначення класу споруди і вибору коефіцієнтів закладення укосів. У залежності від висоти греблі і типу грунтів підвалини приймаємо клас основних споруд гідровузла (табл.1.1).
Таблиця 1.2
Визначення перевищення гребня греблі над ФПР
2.
Проектування поперечного профілю греблі
2.1. Обрис укосів греблі
Крутизна укосів земляної греблі характеризується коефіцієнтами їх закладення верхового — mh, та низового — mt(рис.Д.1.2). Розмір коефіцієнтів закладення укосів греблі залежить від фізико-механічних властивостей ґрунтів укосів і підвалини, діючих на укоси сил (власної ваги ґрунту, впливи води, зовнішніх навантажень на гребені й укосах), висоти греблі і виробництва робіт.
Таблиця 2.1
Коефіцієнти закладення укосів
На попередніх стадіях проектування закладення укосів земляних гребель призначають, базуючись на досвіді будівництва й експлуатації аналогічних споруд, з обов'язковою перевіркою розрахунком стійкості обраної крутизні укосів. За даними аналізу побудованих однорідних земляних гребель на щільних ґрунтах рекомендується приймати коефіцієнт закладення укосів, що наведені в табл. 2.1.
продолжение
--PAGE_BREAK--2.2. Гребінь греблі
Ширина гребня греблі встановлюється в залежності від умов виробництва робіт і експлуатації (використання гребня для проїзду, проходу та з ін. метою), але не менше 4,5 м. При відсутності дороги на гребні греблі будь-яке збільшення ширини гребня греблі повинно бути обгрунтоване. Якщо передбачається спорудження дороги, то ширина гребня повинна визначаться за СНиП 2.05.02-85 [5](табл. 2.2 )
Таблиця 2.2
Ширина гребня греблі
Для забезпечення стоку атмосферної води гребінь греблі робиться з поперечним похилом в обидві сторони від осі. Поперечні похили проїзної частини, при двосхилому поперечному профілі варто призначати в залежності від числа смуг руху і кліматичних умов [5] для IV дорожно-кліматичної зони на дорогах першої категорії 0,025 для доріг II-IV категорії 0,020.
На гравійних і щебеневих покриттях поперечний похил приймають 0,025-0,030, а на покриттях із грунтів, укріплених місцевими матеріалами, і на мостових із колотого і брукового каменю 0,030-0,040 (рис.Д.2.1). Поперечний похил узбіч при двосхилому поперечному профілі варто приймати на 0,010-0,030 більше поперечного похилу проїзжої частини. Уздовж проїзжої частини по гребені греблі відповідно до ГОСТу 23457-86 встановлюють огородження, наприклад у видгляді надовбів висотою 0,8 -1м відстанню 2 м один від іншого.
2.3. Бермигреблі
При проектуванні поперечного переріза однорідної земляної греблі на її укосах варто передбачати берми, визначаючи їхнє число в залежності від закладення укосу, висоти греблі, умов виробництва робіт, типів кріплення.
На низовому укосі берма передбачається для організації службових проїздів, збору і відводу атмосферних вод. Берми призначаються приблизно через 8-15м по висоті від гребня греблі. Ширина берми з умов виробництва робіт і експлуатації приймається не менше 3 м. Для скидання поверхневих вод із низового укосу в нижній б'єф берма повинна проектуватись з похилом від центральної частини греблі до берегів, що забезпечують пропускання витрати по залізобетонному лотку, що в місцях сполученням греблі з берегами з'єднуються з дренажною канавою.
На верховому укосі берма передбачається біля нижньої межі його кріплення для створення необхідного упора. При виробництві робіт берма на верховому укосі використовується для роботи під’ємно-транспортних механізмів, наприклад при укладці плит кріплення на верховий укіс, тому її ширина приймається не менше 3 м.
У висотному відношенні берма на верховому укосі розташовується на нижній межі кріплення верхового укосу, що призначається на глибині 2h1%, або 1,5t, де t— товщина крижаного покрову, рахуючи від мінімального рівня водосховища. У даному курсовому проекті за мінімальний рівень водосховища варто приймати рівень мертвого об'єму. Таким чином, відмітка розташування берми на верховому укосі дорівнює
,
(2.1)
де
Ñн.кр
-
відмітка нижньої межі кріплення верхового укосу, м;
ÑРМО
-
відмітка рівня мертвого об'єму, м;
h1%
-
висота хвилі 1%-ої забезпеченості при ÑРМО
, м.
В курсовому проекті, за відсутністю даних для визначення h1%при РМО, за розрахункову величину приймають товщину крижаного покрову, яку можна прийняти 0,5-0,7 м.
При розрахунку відмітки берми може виникнути випадок, коли вона повинна розташовуватися поблизу поверхні землі або навіть нижче її. Цей випадок має місце при низькому стоянні рівня мертвого об'єму (РМО). Тоді кріплення проектують по усьому верховому укосі, доводячи його по всій довжині греблі до поверхні землі, берму не влаштовують, а упор розташовують по підошві верхового укосу.
3.
Визначення відмітки гребня греблі
3.1. Загальні положення
Гребінь греблі розташовують на відмітці, що виключає можливість переливу води через нього. Відповідно до вимог [9, п.2.12] перевищення гребня греблі слід визначати для двох випадків стояння рівня води у верхньому б'єфі:
а) при нормальному підпірному рівні (НПР) або при більш високому рівні, що відповідає пропусканню максимального паводка, що входить в основне сполучення навантажень і впливів (рис.Д.3.1, а)
б) при форсованому підпірному рівні (ФПР), при пропусканні максимального паводка, що відноситься до особих сполучень навантажень і впливів (рис.Д.3.1, б).
Перевищення гребня гребліhsв обох випадках визначається за формулою:
,
(3.1)
де
-
вітровий нагін води у верхньому б'єфі, м;
-
висота накату вітрових хвиль забезпеченістю 1%, м;
a
-
запас перевищення гребня греблі; варто приймати не менше 0,5 м.
При визначенні перших двох складових формули (3.1) швидкість вітру при основному сполученні навантажень і впливів (при НПР) треба приймати забезпеченістю 2% для споруд I, II класів і забезпеченістю 4% — для III, IV класів [9, с.30], а при особому сполученні навантажень і впливів (при ФПР) розрахункова швидкість вітру приймається забезпеченістю, для споруд I-II класів 20%, для III класу – 30 %, для IV- 50%.
З двох отриманих результатів розрахунку вибирають більш високу відмітку гребня греблі.
3.2. Висота вітрового нагону
Висота вітрового нагону Dhset
, м, припускається визначати [7, с.31] за формулою
,
(3.2)
де
-
розрахункова швидкість вітру на висоті 10 м над водосховищем, м/с;
-
довжина розгону хвилі, м;
-
кут між подовжньою віссю водоймища і напрямком вітру, град;
-
коефіцієнт, що приймається в залежності від швидкості вітру, який можна прийняти як *(-107)
3.3. Висота накату хвиль на укіс
Для визначення висоти накату хвиліhrun1%на верховий укіс необхідно визначити висоту хвилі розрахункової забезпеченості h1%іїї елементи: довжину хвилі (dіперіод хвилі Т
(рис.Д.3.2). Всі зазначені розміри визначаються за СНиП 2.06.04-82* [7, с.33].
Розрахунки в курсовому проекті ведуться для глибоководної зони, тобто в припущенні d>0,5
l
d
.За значеннями безрозмірних величин gt/VwіgL/V2wі верхньої огинаючої кривої визначають значення ghd/V2w і gT/Vwі за меншими їхніми значеннями приймають середню висоту і середній період хвиль (рис.Д.3.5). У цих виразах: g
-прискорення вільного падіння, м/с2; t— безупинна тривалість дії вітру, с; Vw— розрахункова швидкість вітру, м/с; L— довжина розгону вітрової хвилі по напрямку вітру, м.
Довжина розгону хвилі — це максимальна відстань по прямої між урізом води і створом греблі. Тобто кожному рівню відповідає своє положення урізу води, а довжину розгону хвилі Lзнаходять і для НПР, і для ФПР. Для цього на топографічну зйомку ложа водоймища, що проектується наносять розрахункові рівні НПР і ФПР і знаходять довжину розгону при цих рівнях. У дійсному курсовому проекті Lзадана у вихідних даних.
При відсутності відомостей про тривалість дії вітру допускається для попередніх розрахунків приймати t= 6 год.
Середню довжину (м) хвилі l
dпри відомому значенніТвизначають за формулою
.
(3.3)
Висоту хвиліi %-ї забезпеченості визначають за формулою
.
(3.4)
Коефіцієнтki, визначається за графіком (рис.Д.3.3). Для цього безрозмірну величину gL/V2wвідкладають на горизонтальній шкалі графіка. По ній і розрахунковій забезпеченості (1%) на вертикальній шкалі знаходять значення коефіцієнта ki.Аналогічно знаходяться значення ki
для іншої забезпеченості.
Висота накату хвилі на укіс забезпеченістю 1% при глибині перед греблею d
≥ 2h1%визначається [7, с.6] за формулою
,
(3.5)
де
krтаkp
-
коефіцієнти шорсткості і проникності укосу, приймаються за табл. 3.6;
ksp
-
коефіцієнт, що приймається за табл. 3.7;
krun
-
коефіцієнт, що визначається за графіками на рис.П.3.4 у залежності від пологостіхвиліl
d
/ hd1%на глибокій воді;
k
a
-
коефіцієнт, що враховує кут підходу фронту хвилі до споруди приймається за табл. 3.8;
h1%
-
висота хвилі забезпеченістю 1%, м.
Таблиця 3.2
Коефіцієнти krіkp
Примітка. Характерний розмір шорсткостіr(м), належить приймати рівним середньому діаметру зерен матеріалу кріплення укосу .
Для знаходження krunпопередньо необхідно визначити пологість хвилі l
d
/ h1%,де l
d— середня довжина вітрової хвилі. При глибині перед греблею d
2h1%коефіцієнт krunнеобхідно приймати для значень пологості хвиль, зазначених на рис.П.3.4 в дужках.
Таблиця 3.3
Коефіцієнт ksp
Значение ctg j
1-2
3-5
> 5
Коефіцієнтkspпри швидкості вітруVw,м/с: 20 та більше
1,4
1,5
1,6
10
1,1
1,1
1,2
5 та менше
1
0,8
0,6
Примітка. j-кут нахилу укоса до горизонту.
Таблиця 3.4
Коефіцієнт k
a
Знаючи величиниkr, kp, ksp, krun, h1%, k
a
находять висоту накату хвилі на укісhrun1%за формулою (3.5).
продолжение
--PAGE_BREAK--3.4. Призначення відмітки гребня греблі
Знаючи значення hrun1%,D
hset, підраховані для двох розрахункових рівнів НПР та ФПР визначають перевищення гребня греблі над НПР
;
(3.6)
та над ФПР
.
(3.7)
Потім варто визначити відмітку гребня греблі для двох випадків, що розглядуються. Відмітка гребня при розрахунковому рівні НПР дорівнює
;
(3.8)
при розрахунковому рівні ФПР
.
(3.9)
З двох отриманих результатів розрахунку відмітки гребня греблі, що проектується, вибирають більш високу відмітку й округляють її убік запасу до 0,1 м.
При наявності на гребні греблі водонепроникного, тривкого і стійкого парапету відмітку його гребеня варто визначати за формулами (3.8) та (3.9). Перевищення гребня греблі в цьому випадку призначається на 0,3 м над НПР, або на відмітці ФПР, причому приймають вищу з них.
Будівельну відмітку гребня греблі проектують з урахуванням будівельного підйому, розмір якого визначають по прогнозованому осіданню гребня.
4. Кріплення укосів земляної греблі 4.1. Основні положення
Укоси земляних гребель повинні бути захищені спеціальними кріпленнями, розрахованими на вплив хвиль, льоду, течій води, атмосферних опадів і інших руйнуючих чинників.
Для захисту верхового укосу, як правило, варто приймати такі види кріплень:
а) кам'яні ( насипні);
б) бетонні монолітні, залізобетонні збірні і монолітні;
в) асфальтобетонні ;
г) біологічні.
Вид кріплення варто встановлювати виходячи з техніко-економічної оцінки варіантів з урахуванням характеру грунту тіла греблі і підвалини, агресивності води, довговічності кріплення в умовах експлуатації, архітектурних вимог
Кріплення верхового укосу греблі ділиться на основне, розташоване в зоні максимальних хвильових і льодових впливів, і полегшене — нижче основного кріплення.
У даному курсовому проекті кріплення верхового укосу варто передбачати кам'яним накидом або залізобетонними плитами відповідно до завдання. Верхньою межею кріплення верхового укосу варто вважати гребінь греблі. На нижній межі кріплення проектується берма, на якій розташовується упор, призначений для запобігання сповзання кріплення під впливом хвилястих навантажень.
Нижню межу основного кріплення (див. рис.Д.4.1) призначають, рахуючи від мінімального рівня спрацювання водосховища на глибині
h1 = 2h1%.
(4.1)
При цьому нижня межа основного кріплення повинна бути нижче мінімального рівня спрацюванні водоймища не менше чим на 1,5t, де t
-розрахункова товщина крижаного покрову.
4.2. Кріплення кам'янимнакидом
Товщину кам'яного накиду з не сортованого каменю рекомендується визначати за формулою
ts= 3 ds85% ,
(4.2)
де ds85%
— діаметр каменю в кам'яному накиду, приведеного до шару.
Він визначається за залежністю
.
(4.3)
Маса (т) окремого каменю mабоmz, що відповідає стану його граничної рівноваги від впливу вітрових хвиль на укосі [7, c.8], необхідно визначати:
при розташуванні каменю на ділянці укосу від верха споруди до глибиниz=0,7h
за формулою
;
(4.4)
те ж, приz>0,7hза формулою
,
(4.5)
де
kfr
-
коефіцієнт, що враховує форму каменю, приймається рівним 0,025;
r
m
-
щільність каменю, т/м3;
h2%
-
висота хвилі 2%-ї забезпеченості; визначається за формулою (3.4) для випадку НПР, м;
r
-
щільність води, т/м3 ;
mh
-
закладення верхового укосу ;
l
-
розрахункова довжина хвилі (НПР), м.
Щільність каменю в кам'яному накиду і води в даному курсовому проекті можна приймати відповідно рівними 2,7 і 1,0, т/м3.
Кам'яний накид покладена на укіс у декілька шарів укладається на одношарову або багатошарову підготовку, розташовану по типу зворотного фільтра.
При кріпленні верхового укосу кам'яним накидом упор, що споруджується на нижній межі кріплення, також виконується з каменю.
продолжение
--PAGE_BREAK--4.3. Монолітне залізобетонне кріплення
Якщо для спорудження кам'яного накиду потрібно камінь з умовним діаметром більше 0,5 — 0,7 м, доцільно застосовувати залізобетонне кріплення (рис.Д.4.2), що виконується у виді секцій розміром не більш 20х20м кожна, розділених між собою температурними поперечними й осадовими повздовжніми швами. Секції кріплення варто проектувати з окремих плит.
Плити кріплення варто застосовувати прямокутної форми зі співвідношенням сторін 1lsl / bslbsl
-менша сторона, що розташовується перпендикулярно урізу води. Розмір bsl
призначається рівним 0,4l, де l середнє значення довжини хвилі, але не більш 20 м. Товщина плити визначається розрахунком відповідно до вимог СНиП 2.06.04-82* [7]. Мінімальна товщина монолітного залізобетонного кріплення призначається 0,1 м.
У курсовому проекті товщину плити кріплення [1, с.105] можна приймати за формулою
(4.6)
де
-
щільність залізобетонних плит, т/м3;
-
щільність води, т/м3.
Армування монолітних плит звичайно передбачається одиночною арматурою, покладеною в середині товщини плити.
Розріз кріплення деформаційними швами, направленими нормально урізу води, здійснюється через 20 м, Деформаційні шви в напрямку паралельному урізу води передбачаються при довжині кріплення уздовж укосу більш 20 м.
Для усунення можливості виносу грунту через деформаційні шви під ними укладаються залізобетонні підкладки монолітні або збірні з розмірами поперечного переріза порядку 0,25х0,08м. Між підкладками і плитами кріплення прокладаються бітумні мати, а у шві залишається опалубна дошка.
4.4. Підготовка підкріплення
Підготовка під кріплення, що грає також роль зворотного фільтра можуть складатися з одного шару різнозернистого матеріалу або з двох, трьох шарів різноманітних по крупності часток матеріалів.
Число і товщина шарів підготовки, а також вид матеріалу підбирається в залежності від виду грунту укосу.
На пісчаних укосах у якості підготовки під кам'яним накидом може бути прийняте посипання з двох шарів щебеню і крупного піску товщиною по 0,15-0,30 м
При укладці підготовки на глинистий грунт влаштовують один шар підготовки (наприклад щебеню фракції 40-60мм), товщиною 0,2м.
Під монолітним залізобетонним кріпленням укладається один шар підготовки з грубозернистого матеріалу товщиною не менше 0,20 м.
Під відкритими швами (температурними й осадочними) укладку підготовки здійснюють по типу зворотного фільтра, як і для кріплення у вигляді кам'яного накиду з доведенням ширини в плані самого нижнього шару не менше 1,0 м.
4.5. Кріплення низового укосу
Кріплення низового укосу передбачається для попередження його від руйнуючої дії зовнішніх чинників ( атмосферних опадів, вітру й ін. )
Якщо низовий укіс зложений із грубозернистих матеріалів (щебінь, пісчано-гравійний грунт ), то допускається лишати його без кріплення.
В якості кріплення низового укосу рекомендується приймати такі типи кріплень:
а) шар щебеню або гравію товщиною 0,2 м;
б) залуження багаторічними травами.
При зміцненні низового укосу залуженням товщина шару рослинного грунту, що насипається на укіс, при пісчаних грунтах приймається — 20 см. При глинистих грунтах — при сезонному промерзанні грунту до 0,5 м товщина рослинного шару приймається 0,20 м, при більшій глибині промерзання — не менше 0,30 м.
5. Протифільтраційні пристрої греблі
Протифільтраційні пристрої в тілі і підвалині греблі призначені для зменшення фільтраційної витрати, недопущення фільтраційних деформацій грунту греблі і її підвалини, а також для підвищення стійкості низового укосу.
Зазначені пристрої варто виконувати зі слабоводопроникних грунтів (суглинних і глинистих) або негрунтовых матеріалів (бетону, залізобетону полімерних, бітумних матеріалів та ін.) у виді верхової або центральної протифільтраційної призми, екрана, діафрагми, ядра, понура, шпунта, стінки, цементаційної й інших завіс (див. рис.Д.1.1),
У курсовому проекті протифільтраційні пристрої приймати у випадку, якщо грунт тіла греблі або підвалини має коефіцієнт фільтрації більш 0,5 – 1 м/доб. Тип пристроїв студент вибирає довільно.
Товщину грунтового екрану або ядра греблі треба збільшувати зверху вниз.
Мінімальну товщину екрана або ядра поверху призначають з умов виробництва робіт, але не менше 0,8 м, а понизу — таку щоб градіент напору фільтраційного потоку, задовольняв критерію фільтраційної міцності
(5.1)
де
H
-
напір, що діє на екран або ядро, м;
Jcr,m
-
критичний середній градієнт напору, що приймається по табл. 8.1;
-
коефіцієнт надійності по відповідальності споруди, що приймається по табл. 9.1.
Гребінь грунтового екрана (після повного осідання греблі) повинний бути вище форсованого рівня води у верхньому б'єфі з урахуванням висоти хвилі і нагонного рівня води.
Гребінь ядра повинний бути вище форсованого підпірного рівня води з урахуванням нагону, але без урахування накату хвилі.
При глибокому заляганні водоупору необхідно при наявності екрана (ядра) передбачати влаштування понуру (завіси).
продолжение
--PAGE_BREAK-- 6. Дренажні пристрої греблі
Влаштування дренажу тіла земляної греблі (рис.П.6.1) варто передбачати з метою:
a) організованого відводу води, що фільтрується через тіло і підвалину греблі в нижній б'єф;
б) запобігання виходу фільтраційного потоку в низовий укіс і в зону, що промерзає;
в) економічно обгрунтованого зниження депресійної поверхні для підвищення стійкості низового укосу (внутрішній дренаж);
г) підвищення стійкості верхового укосу при швидкому зпрацюванні водосховища, а також для зняття порового тиску, що виникає при сейсмічних впливах.
У даному курсовому проекті пропонується вибрати один із трьох типів дренажів, що широко застосовуються у практиці: трубчастий дренаж, дренажний бенкет або наслонний дренаж.
Трубчастий дренаж застосовується на тих ділянках греблі, де в період її експлуатації вода в нижньому б'єфі практично відсутня або не перевищує 0,5м. Такий випадок має місце при широких заплавах рік, що пересихають, де скидання води в нижній б'єф здійснюється тільки під час паводків.
Трубчастий дренаж виконується з перфорованих бетонних або асбоцементних труб з обсипним піщано-щебеневим зворотним фільтром.
Переріз дренажних труб визначається шляхом розрахунку, виходячи з умов забезпечення безнапірного руху, при цьому діаметр їх не повинний бути менше 200 мм. Для запобігання занадто високої швидкості води похил дрен обмежують до 0,01.
По довжині трубчастого дренажу на низовому укосі через кожні 50-100 м необхідно передбачати оглядові колодязі, що, як правило, розташовуються в місцях з'єднання дрен із випускними колекторами. Колектор трубчастого дренажу виводиться в дренажну канаву, що розташовується в нижньому б'єфі за підошвою низового укосу.
Дренажний банкет влаштовується, як правило, на руслових ділянках греблі при постійному рівні води в нижньому б'єфі і достатній кількості кам'яного матеріалу в районі будівництва.
Перевищення гребня банкету над максимальним рівнем води в нижньому б'єфіhsвизначається з запасом на накат та нагон хвиль, але не менше 0,5 м. У курсовому проекті його можна приймати рівним 0,5 м.
Ширина банкету поверху за межами низового укосу призначається за умовами проведення робіт, але не менше 1 м. Гребінь дренажного банкету рекомендується покривати шаром крупнообломочного грунту.
З боку тіла і підвалини греблі передбачається створення піщано-щебеневого фільтра для запобігання суфозії. Розрахунковий діаметр каменю банкету визначається за формулою (4.3) з урахуванням можливих хвиль в нижньому б'єфі. При цьому, за відсутністю вихідних даних, умовно можна прийняти величину h2%в нижньому б’єфі рівною 20-30 % відповідної хвилі в верхньому б’єфі, а значення довжини хвилі l — 15-20% відповідної хвилі в верхньому б’єфі.
Наслонний дренаж рекомендується застосовувати на ділянках греблі, що перекривають затоплювану заплаву при відсутності на місці будівництва достатньої кількості каменю.
Товщину наслонного дренажу варто призначати за умовами проведення робіт, але не менше величини
t = 5*ds,85 +tf,
(6.1)
де
ds,85
-
діаметр каменю, м;
tf
-
товщина зворотного фільтра, приймається рівною 0,6 -1 м.
Перевищення гребня наслонного дренажу над максимальним рівнем води в нижньому б'єфівизначається як для дренажного банкету.
7. Сполучення тіла греблі з берегами іпідвалиною
Для запобігання небезпечної фільтрації по контакту земляної греблі з її підвалиною варто передбачати заходи, що забезпечує щільне сполучення грунту тіла греблі до грунту підвалини, залежать від характеру стану грунтів підвалини.
Підготовка берегів і підвалини зводиться до видалення лісу і чагарнику, викорчовуванню пнів видаленню рослинного шару і шару пронизаного кореневищами дерев і кущів або ходами землерийних тварин, а також до видалення грунту, що містить значну кількість органічних включень або солей, легко розчинних водою.
У курсовому проекті необхідно видалити рослинний шар грунту відповідно до інженерно-геологічних умов. Поверхня підготовленої м'якої підвалини повинна плавно слідувати за похилом місцевості. На ділянках із крутими схилами або при скельній підвалині сполучення провадиться за допомогою похилих уступів із горизонтальними площадками шириною 3-5 м, Похил похилих уступів повинний бути не більше 1:10, При більш крутих і вертикальних уступах можливо утворення поперечних тріщин по вертикальних площинах, що проходять через бровки уступів,
Сполучення греблі з підвалиною проводиться в залежності від типу греблі і характеру грунту підвалини.
Якщо підвалина греблі є не проникною (глина, важкий суглинок), а гребля однорідна то сполучення проводиться за допомогою зуба, глибиною не менше 0,75 м. Коефіцієнт закладення укосів зубаmz
= 1,5 — 2,0.
У випадку невеликої потужності проникного шару в 2-4 м у підвалині однорідної греблі влаштовується замок.
Якщо товщина проникного шару 4-8 м, а нижче його нескельний грунт, то сполучення проводиться шляхом влаштування зуба глибиною 1 -1,5 м і шпунта заглибленого у водоупор, що знаходиться нижче, на глибину 0,5 -1,0 м.
При глибокому заляганні водоупору (8 м і більше) влаштовують понур. Найменшу конструктивну товщину понуру варто приймати не менше 0,5 м. У висотному відношенні понур рекомендується заглиблювати нижче поверхні землі з боку верхнього б'єфа.
Для запобігання можливої фільтрації в зоні контакту насипного грунту понуру і природного грунту підвалини, можна конструктивно передбачити спорудження невеликого по глибині зуба (до 2-х метрів) на початку понуру.
При проектуванні в якості протифільтраційного пристрою зуба необхідно мати на увазі, що його глибина відліковується від підошви греблі.
Підошва греблі призначається нижче поверхні землі на глибину, рівну потужності рослинного шару або вивітреної зони скельного грунту з запасом 0,2 — 0,3 м.
Питання про те, чи видаляти слабкі грунти підвалини під усією греблею або ж тільки з боку верхнього б'єфа до осі, вирішується на підставі економічних розрахунків з урахуванням можливої фільтрації і крутизни укосів.
продолжение
--PAGE_BREAK--8. Розрахунки сталої фільтрації через земляні греблі 8.1. Загальні положення
Розрахунки фільтрації в тілі греблі, підвалині і берегах відповідно до [9] варто виконувати для:
а) визначення фільтраційної міцності тіла греблі і її підвалини і берегів;
б) розрахунку стійкості укосів греблі і берегів;
в) обгрунтування найбільш раціональних і економічних форм, розмірів і конструкцій греблі, її протифільтраційних і дренажних пристроїв.
Фільтраційними розрахунками слід визначати такі параметри фільтраційного потоку в тілі греблі:
а) положення депресійної кривої;
б) фільтраційну витрату через тіло греблі;
в) градієнти напору фільтраційного потоку в тілі греблі, підвалині, у місцях виходу потоку в дренаж, у нижній б'єф за підошвою низового укосу, у місцях контакту грунтів із різними механічними характеристиками і на межі протифільтраційних пристроїв.
На підставі діючих градіентів фільтраційного потоку в підвалині земляної греблі необхідно вирішити питання про застосування і конструкцію протифільтраційних споруд у підвалині греблі.
8.2. Прийняті позначення
Практичні розрахунки сталої фільтрації води через земляні греблі повинні грунтуватись на сполученні уже відпрацьованих окремих найпростіших розрахункових прийомів і формул.
Z
-
напір на греблі;
hвтаhн
-
глибина води відповідно у верхньому і нижньому б'єфах;
Т
-
заглиблення поверхні водоупору під поверхню підвалини греблі;
h1таh2
-
заглиблення поверхні водоупору під рівень води у верхньому і нижньому б'єфах;
mвтаmн
-
коефіцієнт закладення верхового і низового укосу греблі;
D
-
Перевищення відмітки просочування води на поверхню низового укосу над рівнем води в нижньому б’єфі;
Lур
-
горизонтальна відстань між урізами води верхнього і нижнього б'єфа;
q
-
питома фільтраційна витрата;
k
-
коефіцієнт фільтрації грунту (kо-підвалини, kт— тіла греблі, kя— ядра, kе-екрана, kп— понуру, kзб— зуба);
d
-
товщина маловодопроникної перешкоди (dе-екрана, dп-понура, dя— ядра, dзб— зуба).
8.3. Найпростіші прийоми і формули, що використовуються при фільтраційних розрахунках земляних гребель
1.Формула Дюпюї. Уявимо прямокутний водопроникний масив АBCD (рис.Д.8.2), розташований на горизонтальній поверхні водоупору.
Як відомо, величина фільтраційної витрати в даному випадку виражається формулою Дюпюї
,
(8.1)
де
L
-
довжина грунтового масиву, м;
Якщо зневажимо проміжком просочування, то крива депресії MNу даному випадку може бути побудована за формулою
,
(8.2)
або
,
(8.3)
де
hx
-
глибина в довільному перерізі WW, що знаходиться на відстані xвід початку грунтового масиву (див. рис.Д.8.2).
2. Визначення висоти зовнішнього проміжку просочування в області низового клина.
Конструкція низової частини греблі може бути різноманітною. Розрахункова схема греблі для випадку наслонного дренажу (рис.Д.8.3, а) показана на (рис.Д.8.3, б), як схема греблі без дренажу.
Розрахункова схема для випадку дренажного банкету (рис.Д.8.4, а) і для випадку трубчастого дренажу (рис.Д.8.4, б) може бути прийнята по (рис.Д.8.4, в), як схема греблі з вертикальним низовим укосом.
Проміжок просочування для греблі з наслонним дренажем і для греблі без дренажу (розрахункова схема рис.Д.8.3, б) визначається за формулою
;
(8.4)
,
(8.5)
де
А
-
коефіцієнт;
qr
-
приведена витрата;
При цьому вважають, що тіло греблі і її підвалина мають однаковий коефіцієнт фільтрації.
Витрата q, що фільтрується через греблю, для визначення проміжку просочування
,
(8.6)
Проміжок просочування для греблі з дренажним банкетом або трубчастим дренажем (рис.Д.8.4) визначається за формулою
,
(8.7)
де
Lo
-
горизонтальна відстань від урізу верхнього б'єфа до вертикалі W2W2.
3. Активна та приведена зони фільтрації в підвалині греблі.
Якщо в уяві збільшувати Т
(рис.Д.8.1) від нуля до безкінечності (опускаючи поступово поверхню водоупору на безкінечно велику глибину), то крива депресії буде деформуватися — спочатку відчутно, а потім усе менше і менше. Нарешті, коли розмірТ
досягне деякої величини Таккрива депресії практично перестане деформуватися, і висотне положення поверхні водоупору практично перестане впливати на криву депресії. Тобто, можна вважати, що при Т =Таккрива депресії стає такою ж, як при Т=
¥
.
Поверхневий шар підвалини потужністю Так
може бути названий активною зоною фільтрації, величину ж Такможна при цьому назвати глибиною активної зони фільтрації.
Користуючись цим поняттям, криву депресії у випадку kт=kо необхідно завжди будувати для розрахункової поверхні водоупору, висотне положення якої Трозр
визначають
a)якщо
Так (8.8) тоді Трозр =Т,
(8.9)
б) якщо
Т>Так , (8.10) тоді Трозр=Так
.
(8.11)
Активна зона фільтрації для розпластаного підземного контуру
Так =0,5L',
(8.12)
де
L'
-
ширина греблі по підвалині (див. рис.Д.8.1).
У випадку коли коефіцієнт фільтрації підвалини не дорівнює коефіцієнту фільтрації тіла греблі kт ¹
kо користуються другим віртуальним способом: замінюють в уяві дійсну підвалину на фіктивну з kт=kо з розрахунковою поверхнею водоупору
,
(8.13)
де
Трозр
-
значення знайдене відповідно до формул (8.9) та (8.11).
Якщо > 0,5*L',
(8.14)
то приймають =0,5*L'
.
(8.15)
продолжение
--PAGE_BREAK--8.4. Розрахунок однорідної греблі
Для побудови депресійної кривої у тілі однорідної греблі і визначення фільтраційної витрати необхідно:
1. Користуючись поняттям активної зони фільтрації, встановити розрахункове положення водоупору.
2. Користуючись поняттям приведеної зони фільтрації, привести грунт підвалини греблі до коефіцієнта фільтрації тіла греблі, при цьому встановлюємо приведене положення водоупору, яким надалі і користуємося.
3. Отриманий профіль греблі розбивають вертикалями W1W1іW2W2на три фрагмента (рис.Д.8.5) . Вертикаль W1W1проводять через точку Аурізу води верхнього б'єфа. Вертикаль W2W2проводять:
а) у випадку греблі з наслонним дренажем (рис.Д.8.3) або греблі без дренажу — через точку В
виходу кривої депресії на низовий укіс;
б) у випадку греблі з трубчастим дренажем (рис.Д.8.4) або дренажним банкетом через внутрішній край дренажних пристроїв.
4. отриманий профіль греблі заміняють на розрахунковий прямокутний профіль, обрис якого показано на (рис.Д.8.6) жирними лініями. Як очевидно, верхова вертикальна грань 4-3 розрахункового профілю, що доходить до приведеного водоупору, розташовуєтьсяна відстаніlв=0,4*h1 від вертикалі W1W1; горизонтальне дно верхнього б'єфа знаходиться на рівні поверхні приведеного водоупору; горизонтальне дно нижнього б'єфа — на рівні дійсного дна нижнього б'єфа (рис.Д.8.6, а), або на рівні підошви дренажу (рис.Д.8.6, б). У останньому випадку коли нижній б'єф у дійсності сухий, рівень води нижнього б'єфа розташовують на рівні дійсного дна нижнього б'єфа. Низова вертикальна межа розрахункового профілю проходить по вертикалі W2W2.
5. Обчислюють висоту Dзовнішнього проміжку просочування:
а) у випадку схеми (рис.Д.8.6, а) — за формулою (8.4);
б) у випадку схеми (рис.Д.8.6, б) — за формулою (8.7);
Вертикаль W2W2для схеми на (рис.Д.8.6, а) (на відміну від рис.Д.8.6, б) можна намітити тільки після обчислення значення D, і потім, користуючись ним, установлюють місце розташування точки Ввиходу кривої депресії на укіс.
6. Знаючи висотне положення точки В, знаходять глибину (див. рис.П.8.6)
.
(8.16)
7. За формулою Дюпюї визначають кінцеве (для схеми на рис.Д.8.6, б) значення витрати
,
(8.17)
де
L
-
довжина;
a) для схеми на (рис.Д.8.6,a)
;
(8.18)
б) для схеми на (рис.П.8.6, б)
,
(8.19)
де Lо
- горизонтальна відстань від урізу верхнього б'єфа до вертикалі W2W2.
Для схеми (рис.Д.8.6, а) за отриманою витратою уточнюють Dза формулою (8.4), далі знаходять уточнене значення глибини і знову визначають q.
8) Знаючи витрату, будують криву депресії АВза формулою Дюпюї, що можна переписати у видгляді
,
(8.20)
де
hx
-
довільна глибина фільтраційного потоку;
x
-
відстань від верхової вертикалі до перерізу де встановлюється глибина hx
.
9. Маючи криву депресії АВ, коректують початкову ділянку: замінюючи криву аb
(рис.Д.8.6), отриману розрахунком, кривоюАb,що проводиться візуально так, щоб ця крива в точці Адійсного урізу води була нормальна до лінії укосу дійсного профілю греблі. Для схеми на (рис.Д.8.6, б) обчислену криву депресії необхідно візуально коректувати і на низовому її кінці, рахуючи що точка Срозташовується від вертикалі W2W2на відстані 0,1*Lo.
продолжение
--PAGE_BREAK--8.5. Розрахунок греблі з екраном, розташованої на водонепроникній підвалині
Для простоти розглядають греблю, що має схематизований дренаж низового клина (рис.Д.8.7), коли висотою проміжку просочування можна знехтувати. Вважаючи що в розрахунковій схемі греблі товщина екрана є постійної по висоті (рівній деякій середній товщині дійсного екрана), будемо мати поперечний профіль греблі. Фільтрація води через екран характеризується наявністю внутрішнього похилого проміжку просочування ab
. Уздовж лінії ab
напір змінюється по лінійному законі. У області грунту abcрух води не суцільний; тут вода окремими краплями падає на поверхню кривої депресії be.
Для визначення фільтраційної витрати і побудови кривої депресії в даному випадку зручніше усього використовувати віртуальний спосіб, що запропонований М.М. Павловским. Відповідно до цього способу від похилої осі екрана W/W/відкладають по горизонталі вліво (рис.Д.8.7) віртуальну товщину
,
(8.21)
де
α
-
кут нахилу верхового укосу до горизонту.
Причому для розрахунку дійсного профілю греблі з екраном (профіль 1-2-3-4) заміняють віртуальним профілем 1'-2'-3-4 виконаним однорідним грунтом, що має коефіцієнт фільтрації kт. Отриманий вертикальний профіль 1'-2'-3-4 розраховують, як однорідну греблю.
Фільтраційну витрату, знайдену для цього профілю, вважають рівною дійсній фільтраційній витраті. Низова ділянка befкривої депресії b'bef,побудована для віртуального профілю, являє собою шукану криву депресії для дійсного профілю ( у межах греблі). Ділянка aоaдепресійної кривої у межах екрана проводять у виді прямої лінії, нормальної до укосу греблі.
8.6. Розрахунок греблі з екраном розташованої на водопроникній підвалині
При наявності водопроникної підвалини екран греблі завжди доповнюється або понуром, або зубом (висячим або що доходить до водоупору).
У випадку екрана, що має понур, для побудови кривої депресії і для визначення фільтраційної витрати поступають так (рис.Д.8.8):
1. Використовуючи поняття активної зони фільтрації призначають розрахункову поверхню водоупору, якою далі і користуються при розрахунку (kо
¹
kт);
2. Припускають на початку, що горизонтальна лінія AB, що відокремлює тіло греблі від підвалини, є лінією току;
3. Користуючись віртуальним способом М.М. Павловского, будують криву депресії в припущенні, що лінія АВ, є поверхнею водоупору. Цю криву називають умовно лімітною кривою депресії I
(див. рис.Д.8.8);
4. Заміняють заданий водопроникний понур, що маєдовжинуlп, абсолютно водонепроникним понуром довжиноюlо , і одержують точку A’
— початок водонепроникного понуру. Рекомендується в курсовому проекті взяти lп= 2lо;
5. Розглядаючи лінію А'Вяк підошву уявлюваного плоского (незаглибленого) флютбету, будують по способу подовженої контурної лінії п'єзометричну лінію для підошви А'Вцього флютбету (див. п'єзометричну лінію ab). У якості лімітної депресійної лінії IIприймають ділянку п'єзометричної лінії cb, що лежить у межах тіла греблі;
6. Шукану криву депресії проводять візуально так, щоб вона розміщалася приблизно в середині між I таIIлімітними депресійними лініями.
Даний спосіб можна вважати цілком прийнятним у тому випадку, коли відстань між Iі IIлімітними лініями невелика. У цьому випадку фільтраційна витрата через тіло греблі qтможе бути знайдена тим же способом, що і для греблі з екраном на водонепроникній підвалині. Фільтраційна витрата через підвалину гребліqпвизначається за методом подовженої контурної лінії за формулою
.
(8.22)
Повна фільтраційна витрата води, що проходить через греблю і під греблею
.
(8.23)
продолжение
--PAGE_BREAK-- 8.7. Розрахунок греблі з ядром
При фільтраційному розрахунку товщину ядра d
я
можна прийняти постійною по всій висоті ядра і рівною деякій середній товщині дійсного ядра. Фільтраційний потік у тілі греблі при наявності ядра буде мати внутрішній проміжок просочування CD
(рис.Д.8.9). Розрізняють два можливих профілі греблі: приkо
¹
kт іkо= kт. Розглянемо їх.
Підвалина греблі має той же коефіцієнт фільтрації, що і тіло греблі (kо= kт). Для розрахунку такого профілю (рис.Д.8.10) заміняють верхній клин греблі і її підвалину прямокутним еквівалентним масивом 1-2-3-4 шириною lв=0,4h1. При цьому одержуємо вертикальну вхідну грань греблі 3-4, що доходить до водоупору ( дійсного ).
Після цього, використовуючи перший віртуальний спосіб, заміняють ядро греблі, що має коефіцієнтфільтрації kя, віртуальним ядром, що має коефіцієнтфільтрації kт. Ширину віртуального ядра a'b'cd, що заміняє дійсне ядро abcdприймають рівною
d
я.пр
=
d
я *
kт/ kя .
(8.24)
Після такої заміни вхідна грань греблі 3-4 переміститься в нове положення 3'-4', тоді
(8.25)
Разом з тим ліва грань ядра abпереміститься в нове положення а'b'
. У результаті одержують розрахункову схему однорідної греблі 3'-4'-5-6-7-8-3' . Знайдену для неї фільтраційну витрату вважають рівною шуканій витраті.
Побудовану для цієї схеми криву депресії A'B'CD
змінюють так: середню її ділянку B'С(що відповідає вертикальному ядру) відкидають, причому прямокутний масив 3'-4'-b'-a'зсовують у право (у місці з приналежною йому ділянкою кривої депресіїA'B') доти, поки грань a'b'цього масиву не співпаде з гранню abдійсного ядра, а крива депресії A'B'не переміститься в положення AB
. Потім уточнюють ділянку AB
кривої депресії так само, як і у випадку однорідної греблі. Ділянка кривої депресії, що відноситься до самого ядра звичайно практичного інтересу не має.
Підвалина греблі має коефіцієнт фільтрації, відмінний від коефіцієнта фільтрації греблі kо
¹
kт.
У цьому випадку приводять заданий профіль греблі до профілю, що характеризується умовою kо=kт,тобто до профілю, що розглянутий раніше. Для цього:
а) заміняють дійсне заглиблення водоупору Тд приведеним заглибленням:
Тпр= Тд*kо / kт.
(8.26)
У залежності від співвідношення коефіцієнтів kоіkтзначення Тпрможе бути більше або менше Тд. Відповідно до цого на (рис.Д.8.11) показані (пунктиром) два варіанти висотного положення приведеної поверхні водоупору D'D',користуючись яким надалі ведуть розрахунок;
б)відповідно до другого віртуального способу змінюється коефіцієнт фільтрації ядра (див. рис.Д.8.11)
.
(8.27)
У результаті цих двох операцій заданий профіль перетворюється в профіль, показаний на (рис.Д.8.9), що розраховують так само як і гребля з ядром при kо=kт. При цьому використовують значення Тпрі kя.пр. Ядро, що має приведений коефіцієнт фільтрації, вважають таким, що доходить завжди до приведеного водоупору.
продолжение
--PAGE_BREAK--8.8. Розрахунок фільтраційної міцності земляної греблі
При оцінці фільтраційної міцності грунтів у тілі греблі і підвалині, необхідно виконання умови
,
(8.28)
де
Jest,m
-
дійсний середній градіент напору в розрахунковій області фільтрації;
Jcr,m
-
критичний середній градієнт напору, прийнятий по табл. 8.1;
g
n
-
коефіцієнт надійності по відповідальності споруд.
Коефіцієнт надійності по відповідальності споруд визначається в залежності від класу капітальності: для 3-го класу 1,15, а для 4-го - 1,10 [6].
При розрахунку казуальної фільтраційної міцності за формулою (8.28) розглядають окремо тіло греблі і її підвалину (рис.Д.8.12), відділені горизонтальною лінією току АВ.
Таблиця 8.1
Значення градієнтів напору Jcr,m
Грунт
Значення критичних середніх градієнтів напору Jcr,m,
для
понура
экрана та ядра
тіла та призми греблі
Глина, глинобетон
15
12
8-2
Суглинок
10
8
4-1,5
Супісь
3
2
2-1
Пісок: середній
-
-
1
мілкий
-
-
0,75
Примітка: для суглинків легких приймають менші значення, для суглинків важких – більші, для середній суглинків – середні.
Розрахунок за формулою (8.28), що може бути названий розрахунком за методом контролюючого градієнту, носить повірочний характер. Маючи попередньо намічений профіль греблі, встановлюють для її тіла і підвалини Jest,mіJcr,m та потім перевіряють даний профіль за формулою (8.28).
1. Визначення
Jest,m
для тіла греблі.
Тіло греблі однорідне. При наявності дренажу низового клина греблі у вигляді кам'яного банкету або трубчастого дренажу (рис.Д.8.13, а, б)
Jest,m = tga
= Z / ( L+ 0,4*hв),
(8.29)
де
a
-
кут нахилу прямої депресії MNдо горизонту;
Z
-
напір на греблю;
L
-
горизонтальна відстань між урізом верхнього б'єфа і найближчою точкою дренажу;
hв
-
глибина води у верхньому б'єфі.
При наявності наслонного дренажу (рис.П.8.13, в) або у випадку відсутності дренажу
Jest,m=tga
=Z/(Lур+0,4*hв+0,4*hн),
(8.30)
де
Lур
-
горизонтальна відстань між урізами верхнього і нижнього б'єфів;
hн
-
глибина води в нижньому б'єфі.
Приhн=0 пряма депресії одержує вид прямої MN'.
Тіло греблі з ядром і екраном. У цьому випадку для ядра або екрана
Jest,m = Z' /
d
,
(8.31)
де
Z'
-
напір на ядрі або екрані знайдений у результаті фільтраційного розрахунку;
d
-
середня товщина ядра або екрана.
Якщо при розрахунку отриманий дійсний градієнт не задовольняє умові (8.28) необхідно збільшити розрахункову довжину шляху фільтрації. Це може бути досягнуто зміною конструкції поперечного перерізу греблі, тобто зміною типу дренажу, збільшенням коефіцієнтів закладення низового укосу і ширини гребня греблі, застосуванням протифільтраційних споруд у тілі греблі, наприклад, екрана, ядра або діафрагми.
При визначенні дійсних градієнтів напору фільтраційного потоку для грунтів підвалини розрахункова довжина шляху фільтрації для однорідної греблі з дренажним банкетом визначається як ширина тіла греблі по низу (рис.Д.8.13. в)
Дійсний градіент напору фільтраційного потоку в підвалині визначається за формулою
Jest,m = Z / ( Lо+ 0,88*Tрозр),
(8.32)
де
Lо
-
ширина греблі по низу. м;
Tрозр
-
заглиблення розрахункового водоупору, що часто дорівнює 0,5Lо, м.
Якщо умова (8.28) для підвалини не виконується, необхідно передбачати в підвалині греблі протифільтраційні пристрої: зуб або понур. Їхні розміри (глибина зуба або довжина понуру) диктуються необхідною для виконання умови (8.28) довжиною шляху фільтрації.
При наявності понуру або зуба Lо
збільшують на довжину понуру або подвоєної глибини зуба.
9.
Розрахунок стійкості низового укосу греблі
9.1. Загальні положення
Розрахунок стійкості низового укосу земляної греблі варто робити за методом круглоциліндричних поверхонь. У цьому випадку передбачається, що в грунті тіла і підвалини греблі може утворитися небезпечна круглоциліндрична поверхня ковзання під дією сил ваги грунту укосу, у зв'язку з чим відбудеться сповзання грунту укосу і випучування підвалини. Сповзанню укосу буде опиратися сила тертя і зчеплення по поверхні завалення.
Перевірка стійкості укосу зводиться до визначення коефіцієнта стійкості, що дорівнює відношенню моменту утримуючих сил до моменту сил, що зрушують, і визначається за формулою
,
(9.1)
де
R
-
момент сил несучої спроможності;
F
-
момент активних сил відносно осі поверхні зсуву;
g
n
-
коефіцієнт відповідальності споруди;
g
fc
-
коефіцієнт сполучення навантажень;
g
c
-
коефіцієнт умов роботи.
Чисельне значення коефіцієнтів g
n ,g
fc, g
cприведені в табл. 9.1, 9.2, 9.3.
Таблиця 9.1
Значення g
n
Таблиця 9.2
Значення g
fc
Сполучення навантажень
Основне
Особливе
Будівельного періоду
g
fc
1,00
0,90
0,95
Таблиця 9.3
Значення g
c
Методи розрахунку
Що задоволняють умови рівноваги
Спрощені
g
c
1,00
0,95
При розрахунку стійкості укосу перевіряють декілька кривих ковзання, із яких вибирають найбільш небезпечну, що характеризується найменшим з отриманих для кожної кривої ковзання коефіцієнтом стійкості ks. Це значення найменшого коефіцієнта стійкості і порівнюється з допустимим.
Якщо мінімальний з отриманих коефіцієнтів стійкості низового укосу виявиться менше допустимого, то необхідно скорегувати поперечний переріз греблі з тим, щоб забезпечити стійкість низового укосу. Це досягається шляхом уположення низового укосу або зниження кривої депресії в тілі греблі.
Кожна круглоциліндрична крива ковзання характеризується положенням свого центру Oі радіусом R. За даними В.В. Аристовского найменші коефіцієнти стійкості утворюються при розташуванні центрів кривих ковзання в межах багатокутника bb'Oe'eb, що будують таким чином.
Для побудови цієї найбільше небезпечної зони розташування центрів із середини низового укосу (точкаана рис.Д.9.1) або осредненого укосу при наявності берм проводять вертикальac. Потім із тієї ж точки aпід кутом 85° до укосу ( або усередненого укосу) проводять лініюad. З точки Aі B
,як із центру проводять коло радіусами R1.
R1= ( Rн+ Rв) / 2,
(9.2)
де
Rн
-
нижнє значення радіуса поверхні ковзання, м;
Rв
-
верхнє значення радіуса поверхні ковзання, м.
Rн=kнHгр ;
(9.3)
Rв= kвНгр,
(9.4)
де
Hгр
-
висота греблі;
kн, kв
-
коефіцієнти прийняті по табл. 9.4.
Таблиця 9.4
Значення kн, kв
Криві, проведені радіусом R1 перетинаються в точці О
(рис.Д.9.1). З точки а, як із центру, проводимо дугу beрадіусом R2=a/2. Багатокутник bb'Oe”eb є зоною центрів найбільше небезпечних поверхонь ковзання.
В.В. Аристовский установив, що звичайно центри найбільше небезпечних кривих ковзання розташовуються поблизу лініїb
О. Цю лінію треба приймати як лінію пробних центрів.
Задаючись на лінії пробних центрів декількома точками О1, О2, О3 і т.д. з котрих декількома радіусами проводимо криві ковзання. Для кожної кривої ковзання визначають коефіцієнт стійкості. Через точку з мінімальним коефіцієнтом запасу проводять нормаль до лінії bОна котрій також намічають ряд центрів і підраховують для відповідних їм поверхонь ковзання значення коефіцієнтів запасу. Мінімальне значення ks приймається за розрахункове.
У курсовому проекті розрахунок стійкості дозволяється робити для однієї кривої ковзання, де при виборі центру найбільше небезпечної поверхні ковзання варто керуватися слідуючим: при розрахунку укосів із незв'язних грунтів центр найбільше небезпечної поверхні ковзання розташовується звичайно поблизу від точкиО, а при розрахунку укосів із грунтів, що володіють зчепленням, він віддалиться від неї. Найбільше небезпечна крива ковзання в укосах із пісчаного грунту на пісчаній підвалині проходить через підошву укосу (точку B), а якщо в підвалині залягає глинистий грунт, може захоплювати частину підвалини на глибину, що неперевищує Hгр, рахуючи від її поверхні.
продолжение
--PAGE_BREAK--9.2. Визначення діючих сил
З прийнятого центру ковзання проводять дугу радіусом R. Область обмежену кривою ковзання і зовнішнього обрису греблі (масив завалення) розбивають на вертикальні відсіки шириною b=0,1R (в загальному випадку можна приймати ширину відсіку довільною; при зменшенні ширини точність визначення діючих сил збільшується). Нульовий відсік розташовують симетрично до вертикалі, яка проходить через центр кривої ковзання. Нумерація відсіків, розташованих від нульового відсіку убік укосу, приймаються зі знаком плюс, а в напрямку від укосу — із знаком мінус. Відносно центру Оскладається рівняння моментів сил діючих на відсік.
У загальному випадку виділений відсік грунту знаходиться під дією власної ваги, бічного тиску сусідніх мас грунту і тиску фільтраційного потоку.
Власна вага відсіку
(9.5)
де
g
1
-
питома вага грунту греблі природної вологості вище кривої депресії, т/м3;
g
2
-
питома вага грунту греблі насиченого водою нижче кривої депресії, т/м3;
g
3
-
питома вага грунту підвалини, насиченого водою т/м3;
hn'
-
середня висота смуги грунту вище кривої депресії, м ;
hn''
-
середня висота смуги грунту нижче кривої депресії, м;
hn'''
середня висота смуги грунту в підвалині греблі, м;
b
-
ширина відсіку, м.
При наявності шару води над відсіком вище лінії укосу
,
(9.6)
де hn — середня глибина води над відсіком, м.
Якщо у відсіку є шари різного грунту, то його вага визначається з урахуванням питомої ваги кожного грунту.
Сили бічного тиску грунту, що діють на вертикальних межах відсіку, взаємно врівноважуються.
Наближене значення тиску фільтраційного потоку, що діє на n-й відсік, визначають за формулою
,
(9.7)
де
g
-
питома вага води, т/м3 ;
a
n
-
кут нахилу підошви відсіку (площини зсуву в межах відсіку) до горизонту.
Силу ваги Gn переносять на підошву відсіку і розкладають на складові (нормальну
Nn= Gn.cosa
n
,
(9.8)
і дотичну
Tn = Gn.sina
n
.
(9.9)
Cила тертя, що виникає на підошві відсіку
Sn= (Nn — Wf )*tgj
і
,
(9.10)
де
j
і
-
кут внутрішнього тертя грунту.
Сила зчеплення
Cn = ci. ln ,
(9.11)
де
ci
-
питома сила зчеплення [8];
ln
-
довжина ділянки кривої ковзання.
Крім зазначених сил на масив грунту діє тиск води з боку нижнього б'єфа
WO = 0,5 .g
. h2
,
(9.12)
де
h2
-
глибина води в нижньому б'єфі.
Для всього масиву відповідно до формули (9.1) сили і моменти, що діють на окремі відсіки підсумовуються і коефіцієнт стійкості укосу може бути знайдений за формулою
,
(9.13)
де
r
-
радіус дії сили WОщодо центру кривої ковзання (див. рис.Д.9.1)
Питому вагу грунту, що знаходиться нижче кривої депресії, визначають за формулою
g
2
=
g
c
+n*
g
,
(9.14)
де
g
c
-
питома вага грунту в сухому стані, т/м3;
n
-
шпаристість грунту.
Для скорочення розрахунків силу зчеплення
,
(9.15)
де - із постійним значенням питомого зчеплення
li =
p
.R .
b
i
/180 ,
(9.16)
де
b
i
-
кут, утворений радіусами, проведеними з центру кривої ковзання до пересічення з межами її ділянок, що мають однакове значення питомого зчеплення.
Підрахунок величин, необхідних для визначення коефіцієнта стійкості укосу, рекомендується робити у формі таблиці (табл. 9.5).
Таблиця 9.5
Визначення коефіцієнта стійкості ks
№
sin an
сos an
h’
h’’
h’’’
Gn
Gn *sinan
Gn *cosan
Wf
tg ji
(Gn *cosan-Wf)*tg ji
ci
li’
ci * li’
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
9
0,9
0,44
1,2
-
-
4,0
3,6
1,76
-
0,25
1,14
2,2
5,6
12,3
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
-3
-0,3
0,95
-
-
0,8
3,0
-0,9
2,85
1,7
0,55
0,63
3,8
Σ
64,0
52,7
126
Зазначеним способом може бути зроблений розрахунок стійкості і верхового укосу земляної греблі.
продолжение
--PAGE_BREAK--10. Коструювання та розрахунок водоскидної споруди 10.1. Загальні положення
Водоскидні споруди призначені для скидання з водоймища в нижній б'єф частини паводкових витрат, що акумулюється у водосховище, заповнюючи об'єм форсування.
При річкових гідровузлах з глухими земляними греблями влаштовують руслові та берегові водоскиди, тип яких визначається місцевими топографічнимим, гідрологічними, експлуатаційними умовами та умовами виробництва робіт. Берегові водоскиди, як правило, будують відкритими, а їх транзитну частину виконують у вигляді швидкоструму та багатоступеневого перепаду. Трубчасті (руслові) водоскиди споруджуються в тілі земляної греблі (ковшові, баштові, шахтні та сифонні) та мають різні конструкції вхідної та транзитної частин.
Відкриті берегові водоскиди розташовують на одному з берегів річки. Вісь водоскидного тракту переважно трасують по водороздільним ділянкам схилу, по можливості перпендикулярно горизонталям, що забезпечує мінімум земляних робіт. Як правило, вісь водоскидного тракту має криволінійний обрис в плані та окреслюється радіусом r > 5bk, де bk— ширина водоскиду. Перед водоскидом та за ним підвідний та відвідний канали повинні мати прямолінійні ділянки довжиною не менше 1,5bk. Вхідну частину підвідного каналу треба віддаляти від греблі на 20 – 40 м. Вихідна частина відвідного каналу повинна бути віддалена від греблі не менш ніж на 50…100 м, щоб при пропуску повені чи дощового паводка не виникло підмиву низового укосу греблі [3].
Закриті руслові водоскиди обов’язково розташовують на ґрунті підвалини (не рекомендовано споруджувати на насипному ґрунті в зв’язку з можливим просіданням останнього). Вісь баштового водоскиду трасують по найнижчим відміткам балки (водотоку) для забезпечення суміщення функцій водоскиду як водоспуску. Відвідна труба (транзитна частина) – напірна, горизонтальна. Вісь ковшового, як правило, зміщують в сторону одного з берегів. Напірну трубу часто розташовують під кутом до горизонту.
В курсовому проекті необхідно:
— визначити місцеположення вісі водоскидного тракту;
— запроектувати тип та розрахувати розміри вхідної, транзитної та вихідної частин водоскиду, а саме:
А) для фронтального водоскиду – ширину водозливного фронту; тип водозливу; довжину перехідної ділянки від входу до відвідного каналу; форму, довжину, глибину та похил відвідного каналу; розміри та глибину швидкотоку; параметри гасника енергії;
Б) для траншейного водоскиду — ширину водозливного фронту; тип водозливу; параметри траншеї; форму, довжину, глибину та похил відвідного каналу; розміри та глибину швидкотоку; параметри гасника енергії;
В) для баштового водоскиду – форму та розміри башти; кількість, діаметр та довжину відвідних труб; параметри гасника енергії;
Г) для ковшового водоскиду – форму та розміри ковша; кількість, діаметр та довжину відвідних труб; параметри гасника енергії.
Конструктивні особливості водоскидів різних типів детально наведені в [1, 3, 4].
10.2. Розрахунок вхідної частини
Основою гідравлічного розрахунку вхідної частини водоскидів є визначення її необхідної довжини (поперечного перерізу), що забезпечить пропуск розрахункової паводкової витрати при максимальному рівні води у водосховищі на відмітці ФПР (заданої забезпеченості).
Вихідними даними є максимальна витрата річки Qmax, розрахунковий напір на водозливі (в курсовому проекті рекомендується приймати автоматичний водозлив, відмітка гребня якого рівна НПР, тобто напір дорівнює різниці форсованого (ФПР) та нормального (НПР) підпірних рівнів), об’єм повені заданої забезпеченості Wрта регулюючий об’єм водосховища, що визначається із завдання на КП за залежністю Q=f(H).
Для розрахунку довжини водозливного фронту (периметра) застосовується формула
,
(10.1)
де
Qr
-
розрахункова зарегульована витрата, м3/с;
m
-
коефіцієнт витрати водосливу;
H
-
напір на водозлив, м.
Напір на водозлив Hпри пропусканні максимального розрахункового паводку знаходять за залежністю
H=
Ñ
ФПР —
Ñ
HПР.
(10.2)
Розрахункову зарегульовану витрату визначаємо за формулою І.Д. Кочеріна
,
(10.3)
де
Q1%
-
витрата розрахункової забезпеченості м3/с ;
Wr
-
обсяг регулювання, м3;
Wp
-
обсяг паводка, м3 .
Обсяг Wrрегулювання визначається з кривої Q=f(H) як об’єм, що знаходиться ьіж розрахунковими рівнями ФПР та НПР.
Коефіцієнт витрати залежить від типу водозливу й умов його роботи. Для фронтальних водоскидів відкритого типу це, як правило, водозливи практичного профілю криволінійного обрису для яких m=0,47...0,50. Для траншейних водоскидів – водозливи практичного профілю полігональної форми – m=0,41...0,44.
В задачу розрахунку траншеї входить визначення глибини, відмітки поверхні води та дна траншеї в заданих створах.
Довжина траншеї приймається рівною довжині водозливу. Ширину варто збільшувати лінійно по довжині від мінімального значення (b=2...5 м) до максимального, яке призначають за умови максимально допустимої питомої витрати в траншеї 10...15 м2/с. Розрахунок рекомендується проводить в табличній формі (табл.10.1) розбиваючи довжину траншеї на 5-7 створів, частіше розташовуючи їх з початку траншеї.
Таблиця 10.1
Визначення параметрів водоскидної траншеї
№ створу
x
Q
х
V
b
h
i
icep
hw
Відмітка рівня води
Відмітка дна траншеї
7
100
100
8
...
...
...
...
1
5
3
Витрату через відповідний створ хзнаходять за формулою
,
(10.4)
де
mo
-
коефіцієнт витрати водозливу траншеї;
x
-
відстань від початку траншеї до створу.
Швидкість vдля перших 2-х створів приймається 3-4 м/с, для інших – в межах допустимих для матеріалу траншеї (5-8 м/с).
Середню глибину воді в кожному створі визначають за формулою
,
(10.5)
Похил рівня води в кожному створі — за формулою
.
(10.6)
Втрати напору між створами — за формулою
,
(10.7)
де
L
-
відстань між створами;
icep
-
середнє значення похилу між створами траншеї.
Відмітка поверхні води в створах — за формулою
,
(10.8)
тут за початкове значення глибини hрів.i-1можна прийняти її значення в першому створі.
Відмітка дна траншеї – за формулою
.
(10.9)
Вхідна частина фронтального та траншейного водоскилів переходить у відвідний канал ширина якого призначається рівною ширині траншеї та 30...50% довжини водозливного фронту фронтального водозливу.
Для водоскидів закритого типу тип водозливу визначається за відношенням
e
=t/H,
(10.10)
де
t
-
товщина стінки вежі баштового водоскиду та ковша ковшового водоскиду, м.
Якщо e
0,67 має місце водозлив із тонкою стінкою, якщо 2e
8- водозлив із широким порогом, при проміжному значенні — водозлив практичного профілю. Щоб водозлив був незатопленим, рівень води у вежі (ковші) при пропусканні розрахункової витрати повинен бути нижче її (його) гребня. Коефіцієнт витрати може бути прийнятий для водозливу з тонкою стінкою рівним 0,40 — 0,38, для водозливу практичного профілю 0,36 — 0,34, для водозливу із широким порогом 0,32 — 0,30.
Товщину стінки вежі в першому наближенні можна орієнтовно приймати рівної 0,30 м при висоті вежі до 10 м; 0,40- при висоті до 20 м; 0,50 м — при висоті до 25 м.
Після визначення необхідного периметра вежі (коваша) в першому наближенні призначається поперечний їх переріз — кругле або прямокутне з подальшим знаходженням діаметра або сторін.
продолжение
--PAGE_BREAK--10.3. Розрахунок транзитної частини
Відвідний канал відкритих водоскидів рекомендується приймати прямокутного поперечного перерізу з глибиною рівною глибині в кінці траншеї – для траншейного водоскиду, для фронтального – у відповідності з правилами проектування каналів при рівномірному русі [10]. Довжина його визначається за планом (кінець каналу вибирається на вісі водоскидного тракту де відмітка поверхні землі буде вища за відмітку дна каналу на величиру його глибини плюс невеликий запас 0,3...0,5 м).
Похил каналу для траншейного водоскиду встановлюється як для останнього створу траншеї, для фронтального – за умови рівномірного руху води в каналі.
Довжина і похил швидкотока встановлюється за планом за умови, що відмітка дна гасника енергії потоку (водобійний колодязь) буде дещо вище мінімального рівня води в нижньому б’єфі для забезпечення „сухого” б’єфу при проведенні ремонтних робіт, тощо. Розрахунок швидкотока зводиться до визначення глибини води в кінці лотка (перша сполучна глибина).
Вежу баштового водоскиду рекомендується розташовувати на верховому укосі з тим, щоб зменшити довжину відвідної труби. Проте дуже близько до урізу води по НПР вежу наближати не можна через великі швидкості на гребені при пропусканні розрахункових паводків, що може призвести до руйнування кріплення верхового укосу. З цих розумінь рекомендується розташовувати вежу від урізу води по НПР на відстані не менше 3,0 — 4,0 м.
Задню стінку ковшового водоскиду, як правило, розташовують на урізі води верхнього б’єфу при НПР [3, рис.2.15].
Відвідну трубу, необхідно заглубити нижче поверхні землі в нижньому б'єфі для можливого сполучення бурхливого потоку з труби зі спокійним у руслі на глибину 0,5-1м до верха труби в залежності від її діаметра. Кінець відвідної труби виносится за підошву низового укосу на відстань 10-15 м.
Прийняте положення вежі (ковша) і кінця відвідної труби дозволяє визначити довжину труби, а її висотне розташування — напір , при цьому в першому наближенні рівень води у вежі (ковші) приймається нижче НПР (гребня) на 0,5 м.
Розрахунок діаметра відвідної труби проводиться підбором за формулою витрати через короткі незатоплені труби
,
(10.11)
де
m
-
коефіцієнт витрати труби;
w
-
живий переріз труби, м;
Коефіцієнт витрати знаходиться за залежністю
,
(10.12)
де
-
коефіцієнт місцевого опору на вхід у трубу з гострими краями, дорівнює 0,5;
-
коефіцієнт опору по довжині труби.
,
(10.13)
де
-
коефіцієнт гідравлічного тертя, визначається по табл. 10.2 у залежності від матеріалу труби.
Напір на трубу визначається як різниця відміток прийнятого рівня води у вежі і рівня води в нижньому б'єфі. Підбір діаметру труби проводиться таким чином. Задаються діаметром відвідної d,знаходять площу живиго перерізу wі коефіцієнт витрати. Потім знайдені значення підставляють у формулу (10.11) і визначають витрату, що пропустить прийнята труба.
Якщо знайдена витрата дорівнює заданій (визначеній за формулою (10.3), розрахунок вважається закінченим, у противному випадку задаються новим діаметром і розрахунок повторюють.
Таблиця10.2
Коефіцієнти гідравлічного тертя
При проведенні розрахунку завжди має місце випадок, коли при визначеному діаметрі одержувана витрата менше заданого, а при сусідньому більшому діаметрі він більше заданого. У цьому випадку за розрахунковий діаметр приймається більший і уточнюється напір на трубу за формулою (10.3). Уточнений напір відкладають на розрахунковій схемі і знаходять дійсну відмітку рівня води у вежі, що забезпечує пропускання заданої витрати.
При написанні розрахунку в пояснювальній записці необхідно призвести тільки один остаточний розрахунок при уточненому напорі.
продолжение
--PAGE_BREAK--