Расчет пропускной способности

1. Находится значение скоростного напора, соответствующего скорости воды в подводящем канале

м.

2. Принимается значение коэффициента расхода для отверстий сбросного шлюза, как для водослива с широким порогом при хорошо подобранной форме т_ш = 0.365.

3. Принимаются значения коэффициентов, учитывающих влияние формы оголовков быков в плане для полукруглого оголовка ξ_б = 0.45 и влияние устоев со скругленными входными ребрами ξ_у = 0.7.

4. Определяется значение коэффициента бокового сжатия ε

5. Находится значение напора на пороге сбросного шлюза с учетом скорости подхода Н_ш0, м

м,

6. Вычисляется значение расхода, соответствующего пропускной способности сбросного шлюза Q_r, м³/с

Так как значение расхода Q_r = 114.774 м³/с, пропускаемого сбросным шлюзом, больше чем расчетный максимальный расход Q = 104.2 м³/с, пропускная способность сбросного шлюза обеспечена.

7. Определяется напор на пороге Н_ш, м, с учетом того, что пропускная способность сбросного шлюза больше чем расчетный максимальный расход

8. Уточняется значение напора на пороге сбросного шлюза с учетом скорости подхода Н_ш0, м

м.

Расчет сопряжения бьефов

1. Вычисляется значение удельного расхода воды на водобое сбросного шлюза при пропуске расчетного максимального расхода q_ш

м²/с,

2. Определяются сопряженные глубины в водобойном колодце сбросного шлюза h_{с 1}, h_{с 2}, м.

2.1. Предварительно принимается глубина водобойного колодца d_к.ш. равной d_к.ш. = 0.5 м.

2.2. Находится значение удельной энергии потока Т ₀, м, относительно дна водобойного колодца с учетом скорости подхода

м.

2.2. Вычисляется сжатая глубина потока в водобойном колодце h_с1, м, из решения полукубического уравнения

,

м.

2.3. Определяется значение второй сопряженной глубины h_с2, м

м.

2. 4. Находится длина гидравлического прыжка l_пр, м, по формуле
Н,Н. Павловского

м.

3. Определяется глубина водобойного колодца d_к.ш, м, сбросного шлюза

м.

Принимается глубина водобойного колодца d_к.ш, м, сбросного шлюза, округляя полученное значение в большую сторону с точностью до 0.1 м

d_к.ш = 0.6 м.

4. Вычисляется длина отлета струи l_отл, м

4.1. Определяется высота падения струи , м

м.

4.2. Находится начальная скорость струи V_c, м/с

м/с.

4.3. Вычисляется длина отлета струи l_отл, м

м.

5. Определяется длина водобойного колодца l_к.ш., м

, м.

Принимается длина водобойного колодца l_к.ш., м, сбросного шлюза, округляя полученное значение в большую сторону с точностью до 0.1 м

L_к.ш. =12.5 м.

 

 

Проектирование быстротока

 

Конструкции быстротоков. Для обеспечения безопасного пропуска расходов воды через открытый береговой водосброс в его состав обязательно входит сопрягающее сооружение. В качестве такого сооружения может применяться многоступенчатый перепад, быстроток, консольный перепад. Обычно выбор типа сопрягающего сооружения производится на основании технико-экономического сравнения вариантов различных сооружений. В курсовом проекте рассматривается сопрягающее сооружение в виде быстротока.

Быстроток состоит из входной части, лотка быстротока (водоската) и выхода (см. рисунки 3.10, 3.11).

Вход в быстроток проектируется в виде раструба, ширина которого изменяется от ширины сбросного канала В_к.с. до ширины лотка быстротока В_б. Значения В_к.с. и В_б были найдены ранее расчетами по предварительному определению основных размеров сооружений, входящих в открытый береговой водосброс. Длина входной части быстротока принимается равной (2÷3) · h_к.с., где h_к.с. - глубина воды в сбросном (соединительном) канале. Подпорные стены, образующие раструб на входе в быстроток, проектируются аналогично устоям сбросного шлюза. Толщина бетонной плиты на входе в быстроток принимается равной 0.3÷0.5 м. Как более тяжелые элементы боковые стены входа в быстроток, образующие раструб, отрезаются от плиты конструктивными швами.

Уклон лотка быстротока i_б обычно принимается соответствующим уклону местности (см., например, рис. 3.3). Боковые стены лотка быстротока представляют собой бетонные подпорные стены. Высота этих стен принимается в зависимости от глубины воды в лотке быстротока. Поперечное сечение таких стен проектируется аналогично устоям сбросного шлюза. Бетонное днище лотка быстротока принимается толщиной 0.3÷0.5 м. По длине лоток разрезается конструктивными швами на секции длиной 10÷15 м. Для предупреждения контурной фильтрации плиты днища быстротока устраиваются с зубьями. Чтобы защитить грунты за стенками лотка от намокания, вследствие бурного режима движения потока, рекомендуется устраивать отмостку полосы шириной 2÷2.5 м. Отмостка выполняется из бетонных плит толщиной 0.1÷0.15 м.

Выход из быстротока обычно проектируется в виде расширяющегося в плане (раструбного) водобойного колодца, который может быть со стенкой падения или без стенки падения. Боковые стены водобойного колодца представляют собой бетонные подпорные стены, которые проектируются аналогично устоям сбросного шлюза. Бетонная плита водобоя, которая отрезается от тяжелых боковых стен конструктивными швами, принимается толщиной 0.4÷0.6 м. За водобоем проектируется рисберма в виде каменной наброски или бетонных плит размерами от 1.5 1.5 м до 3 3 обязательно на двухслойном обратном фильтре. Длина рисбермы принимается не менее длины водобойного колодца.

Рис. 3.10. Конструкция входа в быстроток.

 

Гидравлические расчеты быстротока. Эти расчеты включают расчет входа в быстроток, расчет лотка быстротока и расчет выхода из быстротока. Схема к гидравлическому расчету быстротока показана на рис. 3.

Расчет входа в быстроток заключается в проверке пропускной способности при принятой ширине лотка быстротока В_б. Этот расчет сводится к определению значения расчетного расхода воды Q_б, который может пропустить быстроток. Этот расход Q_б должен быть не меньше максимального расчетного расхода воды Q.

Значение Q_б может быть определено по формуле незатопленного водослива с широким порогом

, (3.29)

где т_б – коэффициент расхода водослива с широким порогом т_б = 0.35 [12]; В_{б .} – ширина лотка быстротока; Н_б – напор на пороге быстротока, равный глубине воды в сбросном (соединительном) канале; Н_б0 – напор на пороге быстротока с учетом скорости подхода, равный

; (3.30)

V_к.с. – скорость воды в сбросном (соединительном) канале.

 

 

 

Рис. 3.11. Схема к гидравлическому расчету быстротока

 

Расчет лотка быстротока сводится к построению кривой свободной поверхности воды в лотке быстротока по методу Б.А. Бахметева или по методу В.И. Чарномского. В курсовом проекте рекомендуется использовать метод В.И. Чарномского. Для выполнения расчетов необходимо определить критическую и нормальную глубины в быстротоке.

Значение критической глубины h_кр.б, которая устанавливается в начале лотка быстротока, может быть найдено по формуле

, (3.31)

где q_б - удельный расход воды в лотке быстротока, равный

. (3.32)

Значение нормальной глубины h ₀, соответствующей равномерному режиму движения воды в лотке быстротока, может быть найдено по приближенной формуле [12]

, (3.33)

где п_б - коэффициент шероховатости бетонного лотка быстротока, значение которого может быть принято в пределах от 0.016 до 0.019 [12].

Последовательность расчетов для построения кривой свободной поверхности воды в лотке быстротока по методу В.И. Чарномского может быть принята следующей.

1. Задаются значениями глубины воды в быстротоке h_i, м, в пределах от h_кр.б до h ₀.

2. Для каждого из значений глубины воды в быстротоке определяются следующие величины: площадь живого сечения ω, м²; смоченный периметр χ, м; гидравлический радиус R, м; коэффициент Шези С, определяемый по формуле Маннинга; скорость течения V, м/с.

, , , , . (3.34)

3. Находятся средние значения скорости течения V_m, м/с, гидравлического радиуса R_m, м, коэффициента Шези C_m, а также вычисляются значения уклона трения i_f.

, , (3.35)

, . (3.36)

4. Вычисляются расстояния между створами l_i, м, с глубинами h_i и h_{i -1}, м.

. (3.37)

Расчеты целесообразно выполнять в табличной форме.

По полученным данным может быть построена кривая свободной поверхности воды в лотке быстротока (см. рис. 3.11). По этой кривой может быть определена глубина воды в конце быстротока. Скорости воды в быстротоке не должны превышать предельной для бетона V_пр = (15 ÷ 20) м/с.

Расчет выхода из быстротока сводится к определению размеров водобойного колодца по обычным формулам гидравлики. Может быть принята такая последовательность расчета выхода из быстротока.

1. Принимается значение сжатой глубины в начале колодца равное значению нормальной глубины потока при равномерном движении .

2. Определяется значение второй сопряженной глубины

. (3.38)

3. Находится требуемое значение глубины водобойного колодца

. (3.39)

Принимается глубина водобойного колодца быстротока, округляя полученное значение в большую сторону с точностью до 0.1 м.

4. Вычисляется длина гидравлического прыжка , м

. (3.40)

5. Определяется требуемая длина водобойного колодца

. (3.41)

Принимается длина водобойного колодца быстротока, округляя полученное значение в большую сторону с точностью до 0.1 м.

Ниже дан пример гидравлического расчета быстротока.

Пример 3.6. Гидравлический расчет быстротока. Расчетная схема показана на рис. 3. 12

Исходные данные

1. Расчетный максимальный расход Q = 104.2 м³/с.

2. Ширина лотка быстротока В_б = 16 м

3. Уклон лотка быстротока i_б.

4. Отметка входного порога быстротока, равная отметке дна сбросного (соединительного) канала Z ₂ = 162.7 м.

5. Отметка дна отводящего канала, равная отметке дна реки Z_дна = 144.9 м.

6. Глубина воды в сбросном (соединительном) канале h_{к.с .} = 2.604 м.

7. Скорость воды в сбросном (соединительном) канале V_{к.с .} = 1.198 м/с.

8. Глубина воды в отводящем канале h_{к.о .} = 2.9 м.

9. Коэффициент шероховатости лотка быстротока п_б = 0.017.

10. Коэффициент, учитывающий уменьшение длины гидравлического прыжка в водобойном колодце β = 0.8.

Расчет

Расчет входа в быстроток

1. Находится значение скоростного напора, соответствующего скорости воды в сбросном (соединительном) канале Δ h_к.с, м,

.

2. Находится значение напора на пороге быстротока с учетом скорости подхода Н_{б 0}, м,

м.

3. Вычисляется значение расхода, соответствующего пропускной способности входа в быстроток Q_б, м³/с, принимая для входа в быстроток значение коэффициента расхода водослива с широким порогом т_б = 0.35

м³/с.

Так как значение расхода Q_б = 108.63 м³/с, пропускаемого быстротоком, больше чем расчетный максимальный расход Q = 104.2 м³/с, пропускная способность входа в быстроток обеспечена.

Расчет лотка быстротока

1. Вычисляется значение угла наклона днища лотка быстротока к горизонту a_б, град.

2. Определяется длина лотка быстротока L_{б 0}, м

м.

3. Находится значение удельного расхода воды в лотке быстротока
q_б, м²/с,

м²/с.

4. Вычисляется значение критической глубины воды в лотке быстротока h_кр.б, м

м.

5. Определяется нормальная глубина воды в быстротоке h ₀, м, принимая значение коэффициента Шези по формуле Маннинга при коэффициенте шероховатости п_б = 0.017 для бетонной поверхности

6. Выполняются расчеты по построению кривой свободной поверхности в лотке быстротока

6.1. Задаются значениями глубины воды в быстротоке h, м, в пределах от h_кр.б до h ₀.

6.2. Для каждого из значений глубины воды в быстротоке определяются следующие величины: площадь живого сечения ω, м²; смоченный периметр χ, м; гидравлический радиус R, м; коэффициент Шези С; скорость течения V, м/с. Данные сводятся в табл. 3.3.

, , , , .

6.3. Находятся средние значения скорости течения V_m, м/с, гидравлического радиуса R_m, м, коэффициента Шези C_m, а также вычисляются значения уклона трения i_f.

, ,

, .

Данные сводятся в табл. 3.3.

6.4. Вычисляются расстояния между створами l, м, с глубинами h ₁ и h ₂, м.

.

Результаты сводятся в табл. 3.3.

6.5. Строится кривая свободной поверхности воды в лотке быстротока по полученным данным и определяется глубина воды в конце быстротока h _б.к., м

h _б.к. = 0,458 м.

Расчет выхода из быстротока

1. Принимается значение сжатой глубины в начале колодца , м, равное значению нормальной глубины потока при равномерном движении

м.

2. Определяется значение второй сопряженной глубины , м

м.

3. Находится требуемое значение глубины водобойного колодца , м

.

Принимается глубина водобойного колодца , м, быстротока, округляя полученное значение в большую сторону с точностью до 0.1 м

м.

4. Вычисляется длина гидравлического прыжка , м

м.

5. Определяется требуемая длина водобойного колодца , м

Принимается длина водобойного колодца быстротока, округляя полученное значение в большую сторону с точностью до 0.1 м. м.

 

Результаты расчетов для построения кривой свободной поверхности воды в лотке быстротока Таблица 3.3	L, м		5.946	5.941	7.612	15.488	17.056	21.439	36.151
if		0.008	0.027	0.046	0.075	0.115	0.148	0.176
C		59.324	56.01	54.639	53.349	52.269	51.628	51.202
R, м		1.081	0.747	0.643	0.558	0.493	0.457	0.435
V, м/с		5.617	7.96	9.351	10.93	12.433	13.441	14.164
V, м/с	3.998	7.236	8.683	10.019	11.841	13.025	13.856	14.472
C	61.867	56.782	55.238	54.04	52.658	51.879	51.377	51.026
R, м	1.353	0.809	0.686	0.601	0.515	0.471	0.444	0.426
χ, м	19.258	17.8	17.5	17.3	17.1		16.94	16.9
ω, м^2	26.06	14.4		10.4	8.8		7.52	7.2
h, м	1.629	0.9	0.75	0.65	0.55	0.5	0.47	0.45
№

 

 

 

Рис. 3.12. Схема к гидравлическому расчету быстротока (к примеру 3.6)

 

Литература

 

1. Гидротехнические сооружения (в двух частях). Ч. 1. Учебник для студентов вузов / Под ред. Гришина М.М. – М.: Высш. школа, 1979. – 615 с.

2. Гидротехнические сооружения (в двух частях). Ч. 2. Учебник для студентов вузов / Под ред. Гришина М.М. – М.: Высш. школа, 1979. – 336 с.

3. Гидротехнические сооружения. Проектирование и расчет: Учеб. пособие / И.И. Кириенко, Ю.А. Химерик. – К.: Вища шк. Головное изд-во., 1987. – 253 с.

4. Гидротехнические сооружения (Справочник проектировщика) / Г.В. Железняков, Ю.А. Ибад-заде, П.Л. Иванов и др.; Под общ. Ред. В.П. Недриги. - М.: Стройиздат, 1983. – 543 с.

5. Гидротехнические сооружения. Учеб. пособие для вузов. Под ред. Н.П. Розанова. – М.: Стройиздат, 1978. – 647 с.

6. ДБН В.2.3-4:2007. Споруди транспорту. Автомобільні дороги. Чаcтина I. Проектування. Чаcтина II. Будівництво. – К.: Мінрегіонбуд України, 2007. – 79 с.

7. Рассказов Л.Н., Орехов В.Г., Анискин Н.А. и др. Гидротехнические сооружения. Часть 1. Учебник для вузов. – М.: Изд-во АСВ, 2008. – 576 с.

8. Рассказов Л.Н., Орехов В.Г., Анискин Н.А. и др. Гидротехнические сооружения. Часть 2. Учебник для вузов. – М.: Изд-во АСВ, 2008. – 528 с.

9. СНиП 2.06.01-86. Гидротехнические сооружения. Основные положения проектирования. – М.: Госстрой СССР, 1987. – 32 с.

10. CHиП 2.06.05-84. Плотины из грунтовых материалов. – М.: Госстрой СССР, 1985. – 56 с.

11. СНиП 2.06.04-82*. Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов)/Госстрой СССР – М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986. – 40 с.

12. Справочник по гидравлическим расчетам (под редакцией П.Г. Киселева). Изд. 4-е, переработ. и доп. – М.: 1972 – 312 с.

13. Чугаев Р.Р. Гидротехнические сооружения. Учеб. пособие для студ. гидротехн. спец. вузов. В 2-х ч. – 2-е изд., перераб. и доп. Ч. I. Глухие плотины.. – М.: Агропромиздат, 1985. – 318 с.

14. Чугаев Р.Р. Гидротехнические сооружения. Учеб. пособие для студ. гидротехн. спец. вузов. В 2-х ч. – 2-е изд., перераб. и доп. Ч. II. Водосливные плотины.. – М.: Агропромиздат, 1985. – 302 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

Введение

1. Анализ исходных данных, выбор створа и компоновка гидроузла

1.1. Описание природных условий

1.1.1. Краткое описание реки, гидрологические данные и климат района строительства

1.1.2. Топографическая характеристика района размещения гидроузла

1.1.3. Инженерно-геологические условия створа гидроузла

1.2. Выбор створа и компоновка гидроузла

1.2.1. Обоснование принятого створа гидроузла

1.2.2. Обоснование местоположения водосбросного тракта и каждого из сооружений водосбросного тракта

2. Земляная плотина

2.1. Определение высоты ветрового нагона воды и параметров волн в водохранилище

2.2. Выбор и обоснование типа плотины. Определение класса сооружений гидроузла

2.3. Установление основных размеров поперечного профиля плотины

2.3.1. Очертание откосов плотины

2.3.2. Гребень плотины

2.3.3. Определение отметки гребня плотины

2.3.4. Крепления откосов

2.3.5. Расчет крепления верхового откоса

а) каменное крепление

б) монолитные и сборные железобетонные крепления

2.3.6. Подготовка под крепление верхового откоса

2.3.7. Крепление низового откоса

2.3.8. Дренажные устройства плотин

2.3.9. Противофильтрационные устройства плотин

2.3.10. Сопряжение плотины с берегами и основанием

2.4. Конструирование плотины

2.5. Фильтрационные расчеты плотины

2.6. Расчеты устойчивости откосов плотины

3. Открытый береговой водосброс

3.1. Выбор трассы водосброса

3.2. Предварительное определение параметров водосбросных сооружений

3.3. Проектирование каналов

3.4. Конструкция сбросного шлюза

3.5. Гидравлический расчет сбросного шлюза

3.6. Проектирование быстротока