Проект водосливной плотины
Курсовую работу выполнил студент Осокин
Евгений, гр. 5016/1
Санкт-Петербургский Государственный
Технический Университет
Санкт-Петербург 1999
Введение
Целью данного проекта является разработка
гидроузла. Гидроузел включает в себя водосливную плотину,гидроэлектростанцию,
береговой водоприемник и глухую плотину.
Климатические условия. Географический район
строительства – Зап. Сибирь.
Геологические условия. Аллювиальные отложения
в русле реки представляют собой песок крупно-зернистый, подстилающими породами
являются глины. Отметка кровли коренных пород составляет 89,0 м.
Гидрологические условия. В качестве основного
расчетного расхода принимается расход основной вероятностью Qосн, составляющий
810 м3/с. При расчете пропуска строительных расходов II очереди расход в
летне-осенний период составляет 335 м3/с, расход при перекрытии русла
составляет 110 м3/с.
Часть I. Выбор створа, компоновки узла и очередности работ
1.1. Выбор створа гидроузла
Створ сооружения выбираем из условия
минимизации протяженности сооружений гидроузла по этому створу. Фактически от
положения створа гидроузла в плане зависит лишь длина глухой земляной плотины.
Она определяется как расстояние между горизонталями, имеющими ту же отметку,
что и гребень глухой плотины. Таким образом, определив отметку гребня глухой
плотины, равную 115,5 м, по карте мы находим участок реки, где горизонтали с
отметкой 116 проходят наиболее близко друг от друга. На этом участке мы располагаем
основные сооружения гидроузла. Створ гидроузла располагаем перпендикулярно
речному потоку, чтобы гидродинамические условия попадания воды на водослив и в
спиральные камеры ГЭС были оптимальными. По створу мы располагаем ось глухой
плотины, гребень водослива и прямую, проходящую через центры рабочих колес
турбин в здании ГЭС. Также в створе гидроузла располагается водоприемник.
1.2. Компоновка гидроузла
Согласно расчету (приложение 11) отметка
перемычки равна 103,8 м.
Следовательно, сооружения гидроузла будут
располагаться в пойме реки (пойменная компоновка).
В I очередь строительства выгоднее пропускать
расходы через правую часть русла, а в левой части возводить водосливную плотину
и здание ГЭС.
1.3. Последовательность строительных работ
Все строительные работы осуществляются в две
очереди. К первой очереди строительства относятся следующие подготовительные
мероприятия и строительные работы:
1) расширение
той части русла, через которую пропускаем строительные расходы первой очереди,
и строительство двух поперечных перемычек, ограждающих котлован основных
сооружений первой очереди; перемычки насыпные, возводятся в воде без подготовки
основания;
2) частичное
перекрытие русла реки при замыкании контура перемычек;
3) осушение
котлована первой очереди и возведение сооружений первой очереди; быки и устои
водосливной плотины возводятся полностью, тело плотины - до отметки временного порога;
сооружаем крепление нижнего бъефа - водобойную плиту и рисберму; часть
грунтовой плотины возводим до проектной отметки гребня плотины; строим здание
ГЭС;
4) разборка
поперечных перемычек первой очереди строительства.
Ко второй
очереди строительства относятся следующие работы:
1) возведение
поперечных перемычек второй очереди;
2) полное
перекрытие естественного русла реки при замыкании контура перемычек второй
очереди; пропуск строительных расходов второй очереди через недостроенные
водосливные отверстия; возведение глухой плотины;
3) перекрытие
методом гребенки отверстий водосливной плотины;
4) частичное
наполнение водохранилища и пуск первого агрегата ГЭС;
5) заполнение
водохранилища до НПУ, ввод в эксплуатацию постоянных сбросных сооружений и ГЭС.
Часть II. Водосливная плотина
2.1. Состав водопропускного фронта и очертание водосливного
профиля
Водопропускной фронт состоит из 3 водосливных
отверстий шириной 18 м, перекрываемых затворами. Отверстия разделяют быки
шириной 3 м. От других сооружений, входящих в гидроузел, водосливная часть
отделяется устоями.
Отметка гребня водослива составляет 110,3 м.
Поперечное сечение водосливной плотины
представляет собой безвакуумную стенку нормального очертания с вертикальной
верховой гранью (профиль Кригера-Офицерова). В качестве профилирующего напора
для расчета принимаем максимальный напор на водосливе, имеющий место при ФПУ и
составляющий 3,5 м.
2.2. Затворы и механическое оборудование
Затворы служат для открытия и закрытия
водопропускных отверстий. На водосливной плотине имеется аварийно-ремонтный
затвор и эксплуатационный затвор. Оба они представляют собой плоские подъемные
затворы. Аварийно-ремонтный затвор действует в период запланированного ремонта
или аварии. Эксплуатационный затвор используют для регулирования расхода воды,
сбрасываемой в нижний бъеф. Он также необходим для поддержания в случае
необходимости соответствующего уровня воды в верхнем бъефе.
Достоинством выбранных затворов является то,
что их установка и эксплуатация не требует устройства на гребне плотины большой
по размерам горизонтальной площадки и уширения гребня плотины. Также эти
затворы легко могут быть вынуты из пазов и доставлены подъемным краном для ремонта
в достаточно удобных условиях. К недостаткам выбранных затворов относится тот
факт, что они позволяют сбрасывать лед в нижний бъеф только при полном открытии
отверстий, что связано с лишними потерями воды верхнего бъефа. В условиях
сурового зимнего климата Зап. Сибири эксплуатация затворов затрудняется. Также
подъемное усилие получается большим, что приводит к увеличению стоимости
подъемных механизмов.
Размер в свету аварийно-ремонтного затвора
составляет 18´ 3,5 м2, размер в свету эксплуатационного
затвора составляет 18´3,5 м2.
2.3. Пропуск строительных расходов второй очереди
Согласно п.1.3 в проекте предусматривается
секционный способ пропуска строительных расходов через створ гидроузла. К
началу периода второй очереди строительства уже имеется водосливная плотина,
возведенная до отметки временного порога ÑВрП=101,5 м, огражденная от водного потока
перемычками. Перемычки представляют собой временные гидротехнические
сооружения, ограждающие строительный котлован от затопления поверхностными
водами. В период второй очереди строительства предусматривается разбор
перемычек первой очереди, затопление котлована первой очереди, установка перемычек
второй очереди, под защитой которых в котловане второй очереди возводят
оставшуюся часть плотины. В это время строительные расходы пропускают через
отверстия водосливной плотины. При этом данный водослив является подтопленным,
уровень верхнего бъефа составляет 102,3 м, перепад составляет 1,0 м, отметка
перемычки второй очереди составляет 103,8 м.
К преимуществам такого способа пропуска
строительных расходов следует отнести существенное сокращение стоимости
временных водосбросных сооружений, их большую пропускную способность,
возможность вести бетонные работы по наращиванию плотины при одновременном
заполнении водохранилища.
Перемычка второй очереди состоит из двух
поперечных перемычек. Их выполняем земляными. В качестве продольной перемычки
используем насыпную плотину. Ширину перемычки назначаем равной 6 м из условия
устройства на ее гребне проезжей дороги.
2.4. Водобойные устройства
Непосредственно за водосливной плотиной
располагаем водобойную неармированную плиту с целью получения затопленного
гидравлического прыжка при сопряжении ниспадающей струи с нижним бъефом.
Длина водобойной плиты составляет 35,6 м,
толщина плиты – 3,2 м. Плита располагается на отметке 95,1 м.
Плиту водобоя отделяем деформационным швом от
тела плотины, с тем, чтобы избежать появления трещин в этом месте. Также по
продолжению осей быков идут вертикальные температурно-усадочные швы.
2.5. Рисберма
В пределах послепрыжкового участка после
водобоя устраиваем рисберму. Она состоит из жесткой и гибкой частей.
Общая длина рисбермы составляет 40 м.
Жесткая часть
рисбермы состоит из 2 бетонных плит толщиной 50 см. Эту плиту бетонируют на
месте. Гибкая часть рисбермы состоит из двух участков каменной наброски с
диаметром камня от 0,20 м до 0,16 м. В данном случае применяется обыкновенная
наброска камня с разравниванием.
2.6. Расчет ямы размыва
В конце рисбермы предусматривается
специальное концевое устройство в виде ямы (ковша) размыва. Глубина ямы равна
6,7 м. Она определяется из условия равенства скорости потока в ковше и
максимально допускаемой (неразмывающей) скорости. Коэффициент откоса принимаем
равным 3,2. Внутренний откос и дно ямы укрепляют.
2.7. Подземный контур плотины, дренажные устройства
Подземным контуром плотины называют линию,
которая ограничивает снизу водонепроницаемые и мало водопроницаемые элементы
плотины, соприкасающиеся непосредственно с грунтом.
Подземный профиль плотины, представленный в
данном проекте, был разработан исходя из условия рациональности, то есть, с
одной стороны, плотина и ее основание являются прочными и устойчивыми, а с
другой стороны, в наиболее рациональной форме сочетаются следующие условия: 1)
экономичность плотины, 2) простота производства строительных работ, 3)
возможность использования для постройки плотины местных строительных
материалов, 4) удобство эксплуатации сооружения.
Под подошвой плотины предусматривается
создание горизонтального дренажа, защищенного снизу обратным фильтром. Понур
создаем гибким маловодопроницаемым из глинистого материала с целью увеличения
длины подземного контура, а следовательно, уменьшения фильтрационного расхода и
градиентов напора в основании.
Длина понура составляет 22,8 м. Толщину
понура принимаем равной 1,0м.
Толщина дренажа
принимается конструктивно (0,5 м).
В теле плотины
находится дренажная галерея и дренажный колодец (0,8´0,8 м)
для отвода фильтрационной воды в нижний бъеф.
2.8. Разрезка на секции и конструкции швов
Бетонную плотину расчленяем на отдельные
секции постоянными сквозными поперечными деформационными швами, проходящими по
осям быков, с целью не допустить опасных растягивающих напряжений по причине
деформаций, вызванных экзотермией бетона и колебаниями температуры среды. Такая
схема расположения швов имеет определенное преимущество - она не приводит к
изменению геометрической формы отверстий, перекрываемых затворами, при наличии
осадок основания
2.9. Сопряжения со смежными сооружениями
Смежными с водосливной плотиной являются
здание ГЭС и глухая земляная плотина. От здания ГЭС водосливная плотина
отделена раздельным устоем, представляющим собой прямолинейную в плане бетонную
стенку.
Отметка верха устоя принимается равной
отметке гребня глухой плотины, то есть 115,5 м.
2.10. Статический расчет
Статический расчет водослива представлен в
приложении 13. За расчетную секцию мы принимаем конструктивную секцию, то есть
пролет водослива, ограниченный с обеих сторон двумя полубыками.
В случае водосливной плотины мы имеем два
варианта нагружения: при закрытом затворе и при открытом затворе, когда вода
переливается через гребень плотины. Первый вариант наиболее опасным, поэтому именно
его мы принимаем, как расчетный.
При определении напряжений в точках А и В
основания плотины учитываем следующие силы, действующие на плотину:
собственный вес
секции, складывающийся из собственного веса пролета водослива и собственного
веса полубыков,
гидростатическое
давление со стороны ВБ,
гидростатическое
давление со стороны НБ,
сила
противодавления.
Статический расчет позволяет сделать
следующие выводы. Водосливная плотина подвергается случаю внецентренного сжатия
с очень малым эксцентриситетом (различие между напряжениями не более 3%), что
позволяет рассматривать плотину как центрально сжатую.
Запроектированная водосливная плотина
удовлетворяет условию устойчивости.
Список литературы
1. Мустафин
Х.Ш., Васильев Ю.С. Выбор основного оборудования зданий гидроэлектростанции. -
1979.
2. Чугаев Р.Р.
Гидравлика. - Л.: Энергоиздат, 1982.
3. Чугаев Р.Р.
Гидротехнические сооружения. - М.: Агропромиздат,1985.