Розміщення і компонування вузла споруд

 

Розміщення гідроспоруд виконують на основі техніко-економічного порівняння варіантів розташування, а також на основі порівняння умов найбільш оптимального використання створюваного водосховища.

Компонування вузла споруд повинно відповідати найбільшій комплексній водогосподарській ефективності об'єкта в цілому. При цьому повинні бути вирішені питання охорони і раціонального використання природних ресурсів, компенсування затрат сільськогосподарського виробництва тощо.

Компоновка вузла і склад споруд (рис. 1.1) встановлюється із врахуванням забезпечення найбільш повного використання створюваного водосховища, розвитку зрошення, обводнення, водопостачання, повного використання місцевих будівельних матеріалів та ін. [1, c.4].

 

Рис. 1.1 План гідровузла

Вибір створу гідровузла

В курсовому проекті при виборі створу гідровузла, користуємось такими рекомендаціями:

1. Створ греблі, як і гідровузла необхідно вибрати в найбільш вузькій частині річкової долини.

2. По можливості створ має бути розташований по нормалі до загального напрямку річкової долини і течії річки, забезпечуючи при цьому максимальне зменшення об'єму робіт при будівництві греблі.

3. Створ вибираємо ближче до комунікацій.

Крім цього при виборі створу греблі необхідно враховувати можливість влаштування по гребеню греблі дороги, сприятливого пропускання будівельних витрат, розташування як найближче до кар’єрів будівельних матеріалів та ін.

У вибраному створі будуємо поперечний профіль долини річки (рис 2.1). Геологічні свердловини розташовуємо так: 1 і 5 свердловини в створі греблі в місцях перетину лінії НПР з лівим і правим схилами річки, 3 свердловина всередині русла, 2 та 4 - на серединах схилів річкової долини.

Визначення класу капітальності гідротехнічних споруд

 

В курсовому проекті клас вузла будемо встановлювати по класу греблі, який встановлюється в залежності від типу ґрунту основи і її висоти. Для цього встановлюємо до якого типу ґрунтів їх можна віднести по класифікації таблиці 3.1 [1, c.5].

Для попередніх розрахунків визначаємо глибину води перед греблею:

 

d=156, 075– 146, 9 = 9, 17 (м) (3.1)

 

Висота греблі визначається за формулою:

 

h_гр = 9, 17+2 = 11, 17 (м)  (3.2)

 

Згідно таблиці 3.1 [1, c.5] клас капітальності гідровузла – IV.

 

Рис. 2.1 Геологічний профіль долини річки

земляний гребля водоскидний гідротехнічний

Земляна гребля

 

Земляна гребля – водопідпірна споруда трапецеїдальної форми, яка перегороджує водяний потік тим самим піднімаючи рівень води і створює водосховище для тих чи інших потреб, бічні сторони якої називаються укосами, верхня частина – гребінь, нижня – підошва.

Основні елементи профілю показано на рис. 4.1 [1, c.6]:

 

Рис. 4.1. Основні елементи ґрунтової греблі

а) поперечний розріз, б) вид з верхнього б'єфу, поєднаний з геологічним розрізом. 1 – тіло греблі, 2- гребінь, 3- верховий укіс, 4 – низовий укіс, 5 – берма, 6 – дренажна призма, 7 – зворотний фільтр, 8 – підошва, 9 – поверхня водоупору, 10 – замок, 11 – кріплення верхового укосу, 12 – надовбні, 13 – водопроникний шар основи, 14 – шар ґрунту, що знімається, 15 – межа зрізання замка.

 

Основні рівні та розміри: НПР – нормальний підпірний рівень, ФПР – форсований підпірний рівень, РМО – рівень мертвого об'єму, РНБ – рівень нижнього б'єфу, в_гр – ширина греблі по гребеню, L_гр – довжина греблі, в_під – ширина греблі по підошві, h_гр – висота греблі, Н₁ – глибина води верхнього б'єфу, Н₂ – глибина води нижнього б'єфу, d – глибина води перед греблею.

При проектуванні земляної греблі необхідно визначити її висоту, закладання укосів і їх тип кріплення, конструкцію гребеня, розміри і конструкцію протифільтраційних пристроїв та дренажних обладнань.

 

Закладання укосів греблі

В початковій стадії проектування при попередньому визначенні коефіцієнтів закладання укосів скористаємось таблицею 4.1 [1, c.7].

Попередня висота греблі 11, 17м, згідно таблиці 4.1 коефіцієнти закладання укосів приймемо:

верхового – m_h = 3;

низового – m_t = 2, 5 (рис 4.2.).

Висота греблі не значна, тому укоси закладаємо без уположення через 8-10 м по висоті греблі.

 

Рис. 4.2. Схема до вибору коефіцієнтів закладання укосів

Гребінь греблі

 

В курсовому проекті приймаємо, що гребінь буде використано для проїзду автотранспорту і для проектування дороги. Для визначення основних елементів скористаємося даними табл. 4.1 [1, c.8].

 

Рис. 4.3. Основні розміри земляного полотна і конструкція гребеню греблі

 

Для забезпечення стоку атмосферних опадів гребінь використаємо двосхилим з поперечним похилом від осі 2%. Вздовж проїжджої частини на обочинах з інтервалом 2, 0 м встановимо надовбні висотою 0, 8…1, 0 м.

 

Таблиця 4.1. Розміри елементів дороги

Елементи дороги	Розмір, м
Ширина проїжджої частини вп.ч.	7, 0
Ширина земляного полотна вгр	12, 0
Ширина обочини вбок	2, 5

 

Визначення відмітки гребеня

 

Відмітка гребеня греблі визначається як перевищення над розрахунковим рівнем води для двох розрахункових випадків:

- при нормальному підпірному рівні (НПР) (рис. 4.4, а);

- при форсованому підпірному рівні (ФПР) (рис. 4.4, б).

 

Рис. 4.4. Розрахункові схеми для визначення відмітки гребеня і параметри хвиль

 

Перевищення гребеня греблі h_s в обох випадках визначається за залежністю

 

h_s =h_run1% + ∆h_set + a (4.1)

 

де h_run1% - висота накочування вітрових хвиль забезпеченістю 1 %, м;

∆h_set - вітровий нагін води у верхньому б'єфі, м;

а – запас підвищення гребеня м.

Висоту шару форсування Н_ф можна прийняти в залежності від максимальної скидної витрати Q_max = 26, 3 м³/с по табл. 4.3 [1, c.9].

Приймаємо Н_ф = 0, 65 м.

 

↓ ФПР = ↓НПР+Н_ф =156, 075 + 0, 65 = 156, 725 м (4.2)

 

Перший розрахунковий випадок.

Розрахункові характеристики:

↓НПР = 156, 075 м,

_4%=13, 3 м/с,

L₁ = 7000 м,

t = 21600 с,

d₁= ↓ НПР - ↓дна ріки = 156, 075 -146, 9 = 9, 175 м

Визначаємо безрозмірні величини:

 

(4.3)

(4.4)

 

По обмежуючій кривій графіка ([1, c.4], рис.4.6.) знаходимо відповідні значення:

Порівнюючи відповідні значення, приходимо до висновку, що

, і тому середню висоту хвилі  знаходимо по значенню , звідки  = 0, 56 м. Середній період , с – по значенню , =3, 05с. Середня довжина хвилі за залежністю  = м.

Висоту хвилі 1% забезпеченості визначаємо за формулою:

 

(4.5)

 

 - коефіцієнт, який дорівнює 2, 08 [1, с.10, рис.4.7]

.

Оскільки м, то кріплення верхового укосу приймаємо у вигляді бетонних плит.

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

 

h_run1% = k_r· k_p· k_sp·k_run· h_1%(4.6)

 

де k_r=1, 0 і k_p=0, 9 – по таблиці 4.4.[1]

k_sp=1, 23 – приймається по таблиці 4.5. [1]

, рис. 4.8. [1]

Тоді

.

Висоту вітрового нагону води у верхньому б’єфі  допускається визначати за залежністю:

 

(4.7)

 

де α_w – кут між повздовжньою віссю водосховища і напрямком пануючих вітрів, град. (в курсовому проекті приймається α_w = 0),

V_w – розрахункова швидкість вітру, м/с,

L – довжина розгону вітрової хвилі, м,

k_w - коефіцієнт, який визначається з таблиці 4.6 рівний .

d - глибина води перед спорудою, м.

Рівняння розв’язано методом послідовних наближень,

.

Запас α визначається як більше із значень 0, 5 м і 0, 1 h_1%: 0, 118 тому приймаємо . Перевищення гребеня греблі по першому розрахунковому випадку:

h_s =h_run1% + ∆h_set + a

h_s(1)= 1, 58 + 0, 029 + 0, 5 = 2, 109 м

Відмітка гребеня греблі по першому розрахунковому випадку:

↓ГрГ₍₁₎ =↓НПР+h_s(1)= 156, 075 + 2, 109= 158, 184 м.

Другий розрахунковий випадок.

Розрахункові характеристики:

↓ФПР = 156, 725 м,

V_w50% =6, 6 м/с,

L₂ =7700 м,

t = 21600 с.

d₂= ↓ФПР - ↓дна ріки = 156, 725 – 146, 9 = 9, 825м.

Визначаємо безрозмірні величини:

Аналогічно до першого розрахункового випадку знаходимо відповідні значення:

Порівнюючи відповідні значення, приходимо до висновку, що

, і тому середню висоту хвилі  знаходимо по значенню , звідки  = 0, 188 м. Середній період , с – по значенню =1, 82 с. Середня довжина хвилі за залежністю  = 5, 18

Визначаємо висоту хвилі 1% забезпеченості:

Висоту накату на укіс хвилі забезпеченістю 1% визначимо за залежністю:

k_r = 0, 8;; k_p = 0, 7; k_sp = 0, 84; k_run = 1, 44.

h_run1% = k_r· k_p· k_sp·k_run· h_1% = 0, 8 0, 7 0, 84 1, 44 0, 41=0, 28 м.

 

Висота вітрового нагону води:

Запас α визначається як більше із значень 0, 5 м і 0, 1 h_1%: 0, 041, тому приймаємо . Перевищення гребеня греблі по другому розрахунковому випадку:

h_s =h_run1% + ∆h_set + a

h_s(2)= 0, 28 + 0, 007 + 0, 5 = 0, 78 м

Відмітка гребеня греблі по другому розрахунковому випадку:

↓ГрГ₍₂₎ =↓ФПР+h_s(2)= 156, 725 + 0, 78 = 157, 505 м.

З двох одержаних результатів вибираємо більш високу відмітку гребеню, яка дорівнює ↓ГрГ =158, 184 м (перший розрахунковий випадок).

Висота греблі h_гр = d₍₁₎ + h_s(1)= 158, 154- 146, 9 = 11, 284 м.

Будівельне підняття складає ∆h_буд= 0, 01∙ h_гр = 0, 112 м;

Повна будівельна висота греблі h_буд= h_гр+ Δ h_{буд =} 11, 284 + 0, 112 = 11, 39 м; Приймаємо h_буд= 12, 00

Відмітка гребеня греблі при цьому складає ↓ГрГ = = h_буд +↓дна = 11, 39 + 146, 9 = 158, 29 м.

4.4 Кріплення укосів

 

Укоси земляних гребель (верховий і низовий) повинні бути закріплені спеціальними кріпленнями, які розраховуються на дію хвиль, льоду, атмосферних опадів, вітру та інших чинників, які руйнують укіс.

Верховий укіс

В курсовому проекті тип кріплення верхового укосу проводиться в залежності від висоти вітрової хвилі 1% забезпеченості h_1%, м, вважаючи якщо h_1% >1, 0 м, то вибираємо кріплення бетонними плитами (рис. 4.5 а).

 

Рис. 4.5. Кріплення верхового укосу: а) бетонне; б)кам’яне; в) упор в кінці кріплення.

 

Верхньою границею кріплення вважається відмітка гребеня греблі, нижня – на глибині нижче рівня мертвого об'єму (РМО) на 2 h_1%

 

↓НГК=↓РМО- 2h_1% = 151, 03 – 2∙1, 18= 148, 67 м (4.9)

Приймаємо ↓НГК=148, 67 м.

Під бетонним кріпленням укосу повинна бути влаштована підготовка по типу зворотного фільтра по всій площі кріплення з товщиною кожного шару 20…30 см