Проектирование бетонной водосливной плотины и грунтовой плотины в составе гидроузла

ПРОЕКТИРОВАНИЕ БЕТОННОЙ ВОДОСЛИВНОЙ ПЛОТИНЫ И ГРУНТОВОЙ ПЛОТИНЫ В СОСТАВЕ ГИДРОУЗЛА

 

 

Методические указания по выполнению курсового проекта и выпускной квалификационной работы

для студентов по направлению подготовки

08.03.01 Строительство (уровень бакалавриата)

Профиль«Гидротехническое строительство»

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

1. СОСТАВ И КОМПОНОВКА СООРУЖЕНИЙ ГИДРОУЗЛА. 4

2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СООРУЖЕНИЙ НАПОРНОГО ФРОНТА. 5

2.1. Определение отметки гребня плотины.. 5

2.2. Гидравлические расчеты.. 7

2.2.1. Определение ширины водосливного фронта. 7

2.2.2. Определение отметки гребня водослива. 9

2.2.3. Проверка на пропуск расчетного расхода при поверочном расчетном случае 10

2.2.4. Построение профиля водосливной плотины.. 11

2.2.5. Расчет сопряжения потока в нижнем бьефе. 12

2.2.6 Расчёт водобойного колодца и водобойной стенки. 15

2.2.7 Гашение энергии способом свободно отброшенной струи. 18

3. КОНСТРУИРОВАНИЕ ПЛОТИНЫ.. 22

3.1. Определение ширины подошвы плотины.. 22

3.2. Разрезка бетонных плотин швами. 24

3.3. Быки. 25

3.4. Устои. 25

3.5. Дренаж тела бетонных плотин. 26

3.6. Галереи в теле плотины.. 27

4. НАЗНАЧЕНИЕ РАЗМЕРОВ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПЛОТИНЫ.. 28

4.1. Конструирование отдельных элементов подземного контура плотины.. 28

4.1.2. Понур. 28

4.2.2. Шпунтовые стенки и завесы.. 29

4.2.3 Дренажные устройства в основании. 30

5. КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ НИЖНЕГО БЬЕФА. 32

5.1. Водобой. 32

5.2. Рисберма и ковш.. 33

5.2.1. Рисберма. 33

5.2.2. Ковш.. 36

6. ФИЛЬТРАЦИОННЫЕ РАСЧЕТЫ.. 38

6.1. Построение эпюры фильтрационного противодавления методом удлиненной контурной линии. 38

6.2. Расчет фильтрации под плотиной методом коэффициентов сопротивления 40

6.3. Построение эпюры фильтрационного противодавления для плотин на скальном основании. 43

7. ОБОСНОВАНИЕ НАДЕЖНОСТИ И БЕЗОПАСНОСТИ БЕТОННОЙ ПЛОТИНЫ.. 44

7.1. Определение основных нагрузок на плотину. 45

7.1.1. Вес сооружения и затворов. 46

7.1.2. Сила гидростатического давления воды.. 47

7.1.3. Равнодействующая взвешивающего давления. 48

7.1.4. Сила фильтрационного давления. 48

7.1.5. Давление грунта. 49

7.1.6. Волновое давление. 51

7.2. Оценка прочности плотины.. 51

7.3. Критерии прочности плотины.. 54

7.4. Обоснование устойчивости плотины.. 55

8. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ГРУНТОВОЙ ПЛОТИНЫ.. 60

8.1. Фильтрационный расчет грунтовой плотины.. 60

8.2. Расчет устойчивости низового откоса. 65

9. РАСЧЕТ СОПРЯГАЮЩЕГО УСТОЯ. 71

9.1. Расчет обходной фильтрации за устоем.. 71

9.2. Статический расчет устоя. 72

10. ОРГАНИЗАЦИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА И ПРОПУСК СТРОИТЕЛЬНЫХ РАСХОДОВ 74

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.. 80

Приложения. 80

 

 

СОСТАВ И КОМПОНОВКА СООРУЖЕНИЙ ГИДРОУЗЛА

 

Проектируемый речной гидроузел имеет энергетическое назначение. В его состав входят бетонная водосливная плотина, глухие плотины, гидроэлектростанция.

На компоновку гидроузла влияет каждое из входящих в его состав сооружений, при размещении которых должны быть обеспечены оптимальные условия для их функционирования. Приступая к компоновке гидроузла, необходимо определить состав гидротехнических сооружений (далее ГТС), назначить класс основных ГТС, их общее конструктивное решение и основные параметры сооружений. Бетонные и железобетонные плотины на нескальных основаниях следует проектировать, как правило, в качестве водосбросных. Для глухих участков напорного фронта бетонные и железобетонные плотины следует применять только при надлежащем обосновании [1, п.1.3].

В выбранном створе сооружения располагают в зависимости от топографических условий и несущей способности пород. При этом стремятся разместить бетонные сооружения на более прочном основании, так как это позволяет проектировать более обжатый профиль сооружений.

При размещении сооружений учитывают выбранный способ пропуска строительных расходов. При компоновке сооружений в створе, имеющем пойму, следует рассмотреть вариант размещения водопропускных сооружении на пойме, что позволяет пропускать расход по основному руслу без строительства дорогостоящих продольных перемычек в русле реки, но приводит к большему объему земляных работ при устройстве подводящего и отводящего каналов.

Размещение бетонных сооружений необходимо увязывать с наиболее удобной в технологическом аспекте и максимально экономичной схемой производства работ.

Процесс проектирования гидроузла включает выбор конструктивного решения гидротехнических сооружений в сочетании с гидравлическими, фильтрационными и статическими расчетами.

На начальном этапе проектирования, выбрав тип плотины, определяют отметку гребня плотины, ширину водосбросного фронта, отметку порога водослива и напора на нем. На последующих стадиях конструируют профиль водослива, проектируют устройства нижнего бьефа; конструируют элементы самой плотины (дренаж, смотровые галереи), конструкции подземного контура плотины, быки и устои.

 

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СООРУЖЕНИЙ НАПОРНОГО ФРОНТА

 

Определение отметки гребня плотины

 

Грунтовая плотина

 

За отметку гребня грунтовой плотины принимают наибольшую из двух, вычисленных по формулам:

 

, (2.1)

 

, (2.2)

 

где - превышение гребня грунтовой плотины над расчетным уровнем в верхнем бьефе.

 

, (2.3)

 

где - высота наката волн расчетной обеспеченностью 1 % на откосгрунтовойплотины; - высота ветрового нагона; а - конструктивный запас, принимаемый не менее 0,5 м.

Элементы ветровых волн и высоту ветрового нагона определяют согласно [2].

Высоту ветрового нагона рассчитывают по формуле:

 

, (2.4)

 

где k_w - коэффициент, принимаемый по СНиП [2, Приложение 1, табл.2^*]; V_w - расчетная скорость ветра на высоте 10м над уровнем воды, м/с (в курсовом проекте скорости ветра задают для основного (НПУ) и особого (ФПУ) сочетания нагрузок); - длина разгона волны, м; - угол между продольной осью водохранилища и направлением ветра (в курсовом проекте принимают = 0); - условная расчетная глубина воды в водохранилище, в условиях курсового проекта:

 

. (2.5)

 

Определяют высоту волны 1 % обеспеченности для основного и поверочного случаев для этого:

1. Вычисляют безразмерные комплексы и , где - период развития волн на водохранилище, (в курсовом проекте = 6 ч = 21600 с).

2. Из графика [2, Приложение 1, рис. 1] по верхней огибающей кривой (для глубоководной зоны с глубиной , где дно не влияет на основные характеристики волн) по значениям и определяют параметры и . Затем, используя меньшие полученные значения, вычисляют средний период волны (с) и среднюю высоту волны (м).

3. Вычисляют среднюю длину волны:

 

. (2.6)

 

4. Проверяют условие Если условие не выполнено, т. е. зона мелководная, то для определения и на графике [2, Приложение 1, рис. 1] используют огибающую, соответствующую безразмерному комплексу .

5. Определяют высоту волны 1% обеспеченности:

 

, (2.7)

 

где - коэффициент, определяемый по графику [2, Приложение 1, рис. 2] в зависимости от значения (для глубоководной зоны). Для мелководной зоны рассчитывают дополнительно безразмерный комплекс , и по этим двум комплексам на том же графике [2, Приложение 1, рис. 2] определяют два значения K_i, из которых выбирают наименьшее.

6. Высоту наката волн 1 % обеспеченности на откос грунтовой плотины для фронтально подходящих волн определяют по формуле:

 

, (2.8)

 

где и - коэффициенты шероховатости и проницаемости откоса, принимаемые по СНиП [2, таблица 6]; - коэффициент, принимаемый по [2, таблица 7]; - коэффициент, принимаемый по графикам [2, рис. 10] в зависимости от пологости волны на глубокой воде.

7. Вычисляют отметки гребня грунтовой плотины для основного и особого сочетания нагрузок по формулам 2.1 и 2.2. Наибольшее значение может быть принято за отметку гребня грунтовой плотины.

 

Бетонные плотины

 

Для бетонных плотин с вертикальной напорной гранью отметку гребня находят по формуле:

 

, (2.9)

 

(2.10)

 

где a -величина запаса, зависит от класса сооружения, и составляет не менее: для Iкласс -0,8 м, II-0,6 м, III-IV-0,4 м.

После проведения гидравлических расчетов и определения отметки гребня быка (раздел 2.2.3), устанавливают проектную отметку гребня плотины, наибольшую отметку из: , и .

 

Гидравлические расчеты

 

Исходными данными для проведения гидравлических рас­четов являются: отметки НПУ и ФПУ, расчетные максимальные расходы воды, кривые связи уровней нижнего бьефа и расходов, характеристики грунтов основания. Максимальные расчетные расходы определяют гидрологическими расчетами по кривой обеспеченности паводковых расходов (максимальных расходов в каждом году из заданного ряда наблюдений).

Гидравлическими расчетами устанавливают: ширину водо­сливного фронта и размеры водосливных отверстий, отметку гребня водослива, форму водосливной грани и сопряжение ее с водобоем, форму сопряжения бьефов, размеры гасителей энергии воды в нижнем бьефе.

 

КОНСТРУИРОВАНИЕ ПЛОТИНЫ

Быки

Размеры быков водосбросных плотин следует назначать в зависимости от типа и конструкции затворов, размеров водосбросных отверстий, эксплуатационных и аварийных выходов из продольных галерей, а также размеров и конструкции мостовых пролетных строений.

Примерную толщину неразрезного быка можно назначить по [5, рис. 7.30], минимальная конструктивная толщина равна 2÷2.5 м. Разрезной бык состоит из двух полу быков, их суммарная толщина обычно на 1÷1,5 м больше, чем неразрезного.При этом толщину пазового перешейка быка во всех случаях необходимо назначать не менее 0,8 м.

Головная часть быка обычно имеет обтекаемую в плане форму. В нижнем бьефе отметку верха уступа быка при­нимают примерно на 1-2 м выше максимальной отметки уровня нижнего бьефа.

Пазы рабочих затворов располагают обычно на линии гребня водослива, быки при этом чаще всего выдвигают в верхний бьеф (рис. 2.1). Размеры пазов зависят от типа и конструкции затвора, для плоских затворов ширина паза составляет от 1 до 4-х метров. Пазы ремонтных затворов со стороны верхнего бьефа размещают на расстоянии 1÷1,5 м от рабочего затвора, чтобы обеспечить удобные условия дляпроведения ремонтных работ на рабочем затворе.

При использовании сегментных затворов пазы не устраивают.

Некоторые схемы верха быка приведены в [5, рис. 7.32].

Устои

Устои плотин предназначены для защиты примыкающей к водосливу земляной плотины, или берега от размыва водой, сбрасываемой через водослив; для обеспечения плавного подхо­да потока к водосливу и плавного его растекания в нижнем бье­фе; для предотвращения опасного воздействия фильтрации в зо­не примыкания водосливной плотины к земляной или берегу; также они служат опорами для затворов и мостов.

Различают устои сопрягающие, устраиваемые для сопряже­ния водосливной плотины с грунтовой или с берегом (береговой устой), и раздельные (в виде раздельных стенок), которые отде­ляют водослив от глухой бетонной плотины или здания ГЭС. Раздельные устои состоят из трех основных элементов: про­дольной подпорной стенки, играющей роль берегового быка (в пределах фундаментной плиты водослива), верховой сопрягаю­щей стенки (в пределах понура) и низовой сопрягающей стенки, часто их называют открылками. На нескальных основаниях продольная стенка устоя обычно со­ставляет одно целое с фундаментной плитой водослива. С вер­ховой стороны продольной стенки устоя обычно устраивают диафрагму (шпору) длиной около 0,6 Н (H - расчетный напор), врезаю­щуюся в тело земляной плотины или в берег. Сопрягающие стенки в пределах понура (верховой открылок) и в пределах во­добоя и рисбермы (низовой открылок) проектируют в виде подпорных стен, например[5, рис. 7.23, 7.25].

Высота устоев, как правило, не может быть выше 30÷35 м, поэтому сопряжение высоких (более 35 м) бетонных плотин с грунтовыми плотинами, как правило, осуществляют за счет введенияглухой бетонной плотины в грунтовую плотину. В результате откосы грунтовой плотины частично закрывают напорную и низовую грани этой части бетонной плотины. Примером такого технического решения является плотина Богучанской ГЭС.

Дренаж тела бетонных плотин

Вдоль напорной грани плотин следует предусматривать устройство дренажа в виде вертикальных скважин (дрен), имеющих выходы в продольные галереи, или горизонтальных дрен, приуроченных к ярусам бетонирования и имеющих выходы в смотровые шахты, расположенные в межсекционных швах плотины.

Диаметр вертикальных дренажных скважин следует принимать 10 - 30 см; расстояние между осями дрен - 2 - 3 м.

Горизонтальные дрены трапецеидального или прямоугольного сечения площадью 400 - 800 см² следует располагать по высоте плотины через 2 - 3 м.

Расстояние от напорной грани плотины до оси дренажа , а также до верховой грани продольной галереи следует назначать не менее 2 м при соблюдении условия

 

, (3.5)

где: - напор над расчетным сечением;

- коэффициент надежности по ответственности сооружения,

- критический средний градиент напора для бетона плотины;

 

Величину критического среднего градиента напора надлежит принимать:

для гравитационных и массивно-контрфорсных плотин - 25.

Галереи в теле плотины

В теле плотины необходимо предусматривать продольные и поперечные галереи. По высоте плотины галереи следует располагать через 15 - 40 м. Одну из продольных галерей следует проектировать выше максимального уровня нижнего бьефа для обеспечения самотечного отвода воды из всей вышележащей части плотины.

Размеры галерей, устраиваемых для цементации основания и строительных швов плотины, создания и восстановления вертикального дренажа, следует принимать минимальными, но при этом обеспечивающими провоз и работу бурового, цементационного и другого оборудования.

Галереи, предусмотренные для сбора и отвода воды, контроля состояния бетона плотины и уплотнения швов, размещения КИА и различного рода коммуникаций следует назначать шириной не менее 1,5 м, высотой - не менее 2,5 м.

 

Понур

Назначение понура - уменьшать фильтрационный расход и снижать противофильтрационное давление в основании плотины путем удлинения путей фильтрации.

По конструкции понурыподразделяются на гибкие, выполняемые из глинистых грунтов, асфальтовых, полимерных и других материалов, и жесткие в виде покрытий из бетона и железобетона, а также смешанной конструкции из гибкого и жесткого участков.

На глинистых и суглинистых основаниях устраивают водонепроницаемыепонуры, на песчаных основаниях - гибкие малопроницаемые понуры.Коэффициент фильтрации понурадолжен быть в 50 и более раз меньше коэффициента фильтрации грунтов основания.

Толщинагрунтового понура должна быть

, (4.1)

где: - потеря напора от начала подземного контура до рассматриваемого вертикального сечения понура;γ _n - коэффициент надежности по ответственности сооружения; J_cr,m -критический средний градиент напора для материала понура, определяемый в соответствиисоСНиП [8].Принимают следующие значения J_cr,m: для глин в пределах от 6 до 10, для суглинков - в пределах от 4 до 5, для бетона - 15, для асфальтобетона - 20.

Минимальная толщина грунтового понура - 0,5 м, а в месте примыкания к плотине 1÷3 м.

Длина понура составляет обычно(1÷1,5) H, но не более (2÷2,5) H. Большая величина назначается в схеме с висячим шпунтом (шпунтом, не доведенным до водоупора).

, (4.2)

Минимальная отметка НБ соответствует пропуску санитарного попуска Q _сан.

Анкерные понуры выполняют обычно в виде железобе­тонных плит толщиной 0,4÷0,7 м с гидроизоляционным покры­тием поверху из битумных и полимерных материалов [5,рис.7.12]. Продольную арматуру железобетонного анкерного понура заделывают в фундаментную плиту плотины.

Длинуанкерного понура назначают:

. (4.3)

Эффективность анкерного понура повышается при устрой­стве над ним противофильтрационного слоя из глины толщиной 2÷3 м и сверху грунтовой пригрузкитолщиной, соответствующей глубине промерзания.

Дляпонуров всех видовследует предусматривать пригрузку ихгрунтом, который предохраняют от размыва креплением в виде бетонных плит или каменной наброски.

Шпунтовые стенки и завесы

Шпунтовая стенка. В гидротехническом строительстве применяют шпунты стальные, железобетонные и реже деревянные. Стальные шпун­товые противофильтрационные стенки тол­щиной 8÷10 мм устраивают из плоского (ШП) или корытообразного (ШК) шпунта, который выпускается длиной 12÷25 м. Чаще всего применяют плоский шпунт.

Железобетонные шпунты могут применяться не только в мягких грунтах, но даже в щебенистых. Толщина шпунта 10÷15 см. Водонепроницаемость достигается устройством специального замка. Преимуществом железобетонных шпунтов является возможность изготовления их на стройке.

Длину коро­левого висячего шпунта, устраиваемого у верхней грани фунда­ментной плиты, принимают равной , где - напор на со­оружении, но не более 20÷22 м. Забивку королевого шпунта обычно производят на глубину до 0,5 Н, а на низких плотинах до 1,5 Н.

При наличии в основании на доступной глубине водонепроницаемого грунта шпунт заглубляют в него на 1 м.

Противофильтрационные завесы или буро бетонные стенки применяют в тех случаях, когда невозможна забивка шпунта вследствие содержания большого количества валунов, прослоек скалы в грунте или когда основание сложено скальными грунтами. Толщина противофильтрационной завесы долж­на быть

, (4.4)

где - потери напора на завесе (расчеты в разделе 6); - коэффициент надежности по ответственности сооружения [3]; - критический градиент напора на завесе следует принимать в зависимости от вида грунтов основания [1]: в мелкозернистых песках - 4, средне- и крупнозернистых песках - 5, в гравийно-галечниковом грунте - 8, в скальных грунтах- 15.

Расстояние от напорной грани до оси цементационной завесы назначают в пределах , где - ширина подошвы плотины.

Глубину цементационной завесы принимают равной , где .

Расстояние между рядами цементационных скважин, а также между скважинами в ряду составляет от 1,5÷2 м до 3÷4 м в зависимости от трещиноватости скалы. Обычно один ряд таких скважин обеспечивает толщину завесы равную примерно трем метрам.

Водобой

Водобой предназначен для гашения энергии потока, сходя­щего с водослива, и устраивается в виде железобе­тонной плиты.

Для большего гашения на во­добое размещают шашки, пирсы, гасители-растекатели. Их устанавливают в пределах от сжатого сечения, где - длина водобоя.

Под водобой­ной плитой может быть устроен плоский горизонтальный дренаж с об­ратным фильтром. Для отвода фильтрующейся воды конструируют дренажные ко­лодцы в раздельных устоях и сопрягающих стенках. Против истирания поверхности водобоя на­носами, плавающими телами, разрушения вследствие кавитации в верхний слой водобоя укладывают высокопрочный бетон.

Толщину водобоя определяют расчетом из условия устойчивости плиты против опрокидывания и сдвига. Предварительно толщина водобоя может быть определена по формуле В.Д. Дом­бровского (2.31).

Плиту водобоя проверяют на всплытие. Устойчи­вость на всплытие определяется условием:

, (5.1)

где - коэффициент со­четания нагрузок [3]; - коэффициент надежности по ответственности сооружения [3]; - де­фицит давления; - пульсационная вертикальная динамиче­ская нагрузка; - фильтрационное противодавление

, (5.2)

Здесь -расстояние от сжатого сечения до рисбермы; - превышениеуровня верхнего бьефа над поверхностью водобоя :

; (5.3)

, (5.4)

здесь ; (5.5)

, (5.6)

здесь и - площадь миделева сечения шашек и плиты водобоя

( п.м. - если шашки располо­жены в 2 ряда, п.м.); .

Рисберма и ковш

Рисберма

Рисберма — участок за водобоем, предназначенный для ус­покоения и рассеяния потока. Выполняется чаще всего в виде крепления из бетонных или железобетонных плит, расположенных в шахматном порядке. Вес конструк­ций рисбермы по течению должен постепенно уменьшаться, обычно это достигается уменьшением толщины плит. Пли­ты бетонируют на месте, выполняют их квадратными или прямо­угольными, размером от 2 до 20 м. Плиты имеют дренажные от­верстия 0,15÷0,25 м, на расстоянии друг от друга в плане до 5 м, под плитами устраивают обратный фильтр. В услови­ях курсового проекта можно рассчитать первые три плиты рис­бермы, толщина остальных плит принимается равной толщине третьей плиты.

Толщина плит рисбермы определяется по следующей фор­муле:

, (5.7)

где , (5.8)

здесь - расстояние от сжатого сечения до рассматри­ваемой плиты;

, (5.9)

здесь - скорость в сжатом сечении;

- критическая глубина на рисберме;

- коэффициент запаса, не менее 1,25.

, (5.10)

где - удельный расход на рисберме:

, (5.11)

Здесь - ширина рисбермы (в курсовом проекте принимаем равной ширине водобойного колодца , раздел 2.2.5).

Толщина первой плиты принимается не менее половины толщины плиты водобоя.

Рис. 5.1. Схема к расчету устойчивости плиты рисбермы

Проводят проверку плит рисбермы на опрокидывание, относительно точки 5 (рис. 5.1). При этом считают, что на креп­ление из плоских плит на 1 п. м ширины плиты действуют силы: - мгновенное гидродинамическое давление, выраженное эпюрой 1-2-3-4-5, образующееся при прохождении над плитой волны; - сила лобового гидродинамического давления; - вес плиты.

Сила определяется по параметрам волны, очерченной по синусоиде, численно равна площади эпюры 1-2-3-4-5. Эпюра отсчитывается от пьезометрической линии, которая располага­ется выше уровня воды над плитой на величину восстановления кинетической энергии - .

, (5.12)

где - средняя скорость течения воды над плитой:

, (5.13)

здесь , определяютпри для основного расчетного случая.

 

Высота полуволны

, (5.14)

где Z -разность отметок НПУ и поверхности воды в сжатом се­чении:

. (5.15)

Приближенно силу мгновенного гидродинамического дав­ления можно определить по формуле:

, (5.16)

где - длина полуволны.

Сила лобового гидродинамического давления:

, (5.17)

где - коэффициент пульсационного давления .

Вес плиты с учетом взвешивания :

. (5.18)

Коэффициент устойчивости на опрокидывание определяют­ по формуле:

. (5.19)

Плиты устойчивы против опрокидывания, если . Ес­ли условие не выполняется, необходимо увеличить толщину плиты.

Ковш

Концевой участок рисбермы выполняется в виде ковша. Глубина ковша определяется по формуле:

, м, (5.20)

где - коэффициент,зависящий от условий размыва (1,05÷1,1); - удельный расход на рисберме; V_н - не размывающая скорость течения для грунта дна реки при глубине потока h _НБ = 1 м.

Неразмывающая скорость несвязных грунтов зависит от диаметра частиц, ее значения приведены в таблице 5.1

Таблица 5.1

Грунт	Песок	Гравий	Гравий
Средний диаметр частиц d50, мм	0,25÷2	2÷10	10÷25	30÷100
Допускаемая V н при глубине 1 м, м/с	0,4÷0,7	0,7÷1,2	1,2÷1,65	1,7÷2,5

Неразмывающая скорость связных грунтов зависит, главным образом, от величины сцепления [2], ее значения приведены в таблице 5.2

Таблица 5.2

Расчетное удельное сцепление глинистого грунта, кПа	0,5÷5	7,5÷25	30÷40	45÷60
Допускаемая V н при глубине 1 м, м/с	0,8	0,9÷1,5	1,7÷2,0	2,1÷2,4

 

Дно ковша прикрывают слоем мелкого камня толщиной 1÷3 м. Уклон откосов ковша 1:4 ÷ 1:2.

 

 

Рис. 5.2. Концевой участок рисбермы

Общая длина послепрыжкового участка (рисбермы с ков­шом) может определяться по рекомендации М.С. Вызго:

, (5.21)

где: n - коэффициент шероховатости русла; - вторая сопря­женная глубина.

По опыту проектирования рисберм в России суммарную длину рисбермы и ковша следует принимать до 2 l _в.

Вес сооружения и затворов

Вес 1 п. м. водосливной части плотины определяют по формуле:

, (7.2)

где: - площадь поперечного сечения плотины; - ширина пролета; - толщина быка; - плотность бетона.

Площадь поперечного сечения сооружения определяют графическим способом по чертежу или с помощью программы AutoCad. В первом способе поперечный профиль сооружения делят на простейшие геометрические фигуры и определяют площадь каждой фигуры .

 

. (7.3)

Точку приложения равнодействующей веса плотины определяют по формуле:

 

, (7.4)

 

где - расстояние по горизонтали от равнодействующей веса плотины до середины расчетного сечения (в котором будут определены напряжения); ,

, …, - площади простейших геомет­рических фигур, на которые разбит поперечный профиль соору­жения; х ₁, х ₂ ,…, х_n -расстояния по горизонтали от центров тяжести простейших фигур до середины расчетного сечения.

Вес быка и его центр тяжести определяют аналогич­но:

 

,(7.5)

где - площадь поперечного сечения быка; - толщина бы­ка.

Вес плоского затвора можно определить по формуле А.Р.Березинского:

 

, [кН],(7.6)

 

где - площадь затвора:

 

, (7.7)

здесь - ширина пролета.

Вес затвора приводят к 1 п.м. длины секции:

 

(7.8)

Давление грунта

Давление наносов на вертикальную грань можно опреде­лить по формуле:

 

,(7.18)

 

где - удельный вес наносов во взвешенном со­стоянии (9÷13 кН/м³);

- толщина слоя наносов;

(20÷22°) - угол внутреннего трения наносов.

Значения физико-механических характеристик грунтов приведены в Приложении 2.

Равнодействующая давления наносов на 1 п. м:

.(7.19)

Активное давление грунта основания со стороны верхнего бьефа определяют следующим образом.

В точке на границе слоя наносов и верхнего слоя грунта, боковое давление грунта определяют дважды: счи­тая эту точку принадлежащей слою наносов (7.18), а затем слою грунта, пригруженному весом наносов:

(7.20)

Если грунт обладает сцеплением , то оно уменьшает боко­вое давление грунта на сооружение на по­стоянную величину :

(7.21)

В этом случае равняется:

(7.22)

В точке на нижней границе слоя грунта толщиной , где действуют и вес наносов, и вес грунта, давление равняется:

(7.23)

Удельный вес взвешенного грунта равняется:

, (7.24)

где - удельный вес сухого грунта; - пористость сухого грунта (отношение объема пор в грунте к объему грунта); - удельный вес воды.

Если в основании залегают несколько слоев грунта или устроен понур из глинистого грунта с защитным слоем грунта поверху, давление на границе каждого слоя грунта определяют аналогичным образом.

Численное значение равнодействующей активного давления грунта на 1 п.м длины плотины соответствует площади эпюры активного давления грунта:

.(7.25)

Пассивное давление грунта основания на плотину со стороны нижнего бьефа определяют по формулам:

- под водобойной плитой:

; (7.26)

- на уровне подошвы плотины:

, (7.27)

где - толщина водобойной плиты;