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.