Дренажные устройства в основании

Для отвода фильтрующейся воды и снижения фильтраци­онного давления на сооружение в основании сооружения устраивают дрена­жи.

На нескальных основаниях обычно применяют двух- или трехслойный пластовый дре­наж под всей площадью водобоя и рисбермы, а в необходимых случаях и под частью фундаментной плиты и понура. Характер­ные схемы дренажей приведены в [5].

В случае неоднородного слоистого основания, кроме гори­зонтального дренажа, под подошвой плотины устраивают верти­кальный дренаж в виде разгрузочных скважин. При большой ве­личине водосливного фронта такие скважины располагают так­же в зоне нижнего бьефа непосредственно под рисбермой, а при малой - с боковых сторон рисбермы с выпуском воды выше уровня нижнего бьефа.

Суммарная толщина дренажа не более 1,5 м.

В скальных грунтах дренаж выполняют в виде вертикальных или наклонных скважин диаметром 100÷300 мм с шагом 2÷3 м [1]. Глубину скважин принимают равной .Расстояние между дренажными и цементационными скважинами должно быть больше радиуса цементации и не менее 4 м.

Через дренажные скважины фильтрующуюся воду выводят в цементационную или дренажную галерею, а отвод воды в НБ осуществляют самотеком или насосами.

 

КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ НИЖНЕГО БЬЕФА

Для защиты грунтов основания от размыва потоком, сбра­сываемым через плотину, устраивают водобойс гасителями энергии, гибкую рисберму и ковш.

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.