Гребля із ґрунтових матеріалів з баштовим водоскидом

Гребля із ґрунтових матеріалів з баштовим водоскидом

Зміст

Вступ

. Розміщення і компонування вузла споруд

. Вибір створу гідровузла

. Визначення класу капітальності гідротехнічних споруд

. Земляна гребля

.1 Закладання укосів греблі

.2 Гребінь греблі

.3 Визначення відмітки гребеня

.4 Кріплення укосів

.4.1 Верховий укіс

.4.2 Бетонне кріплення

.4.3 Кріплення низового укосу

.5 Дренажне обладнання

.6 Вибір і обґрунтування виду земляної греблі

.6.1 Протифільтраційні пристрої в тілі греблі і її основі

.6.2 Конструкція греблі

.6.3 Побудова греблі на плані

.7 Фільтраційні розрахунки земляних гребель

.7.1 Розрахунок фільтрації через неоднорідну греблю на водонепроникній основі

.8 Розрахунок фільтраційної міцності земляної гребелі

.9 Розрахунок стійкості низового укосу

. Водоскидна споруда

.1 Гідравлічний розрахунок водоскиду

.1.1 Башта водоскиду

.1.2 Водовідвідна труба

.1.3 Водобійний колодязь

.1.4 Відвідний канал

Список використаної літератури

Вступ

Метою курсового проекту є проектування земляної греблі з водоскидною спорудою. Земляна гребля влаштовується з місцевого матеріалу для підпору води в річці. Вода в утвореному водосховищі буде використовуватись для господарського і питного водопостачання. Для зведення земляної греблі можуть бути використані всі види нескельного ґрунту.

В даному курсовому проекті до складу споруди входять земляна гребля із середнього піску, баштовий водоскид, донний водоспуск, горизонтальна водовідвідна труба, водобійний колодязь і відвідний канал.

Баштовий водоскид автоматичної дії призначений для скидання з водосховищ повеневих вод. Донний водоспуск призначений для спорожнення водосховища. З допомогою водовідвідної труби вода скидається з башти у нижній б’єф. Водобійний колодязь влаштовується для гасіння енергії води, яка витікає з водоскидної споруди. Відвідний канал з’єднує водоскидну споруду і русло річки.

1. 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

2. Вибір створу гідровузла

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

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

. 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.

. 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.

 

3. 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

4. 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.

4.1 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

 

.2 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

4.3 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

_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,₁ = 7000 м,= 21600 с,₁= ↓ 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:

_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]_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),_w - розрахункова швидкість вітру, м/с,- довжина розгону вітрової хвилі, м,

k_w - коефіцієнт, який визначається з таблиці 4.6 рівний .- 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:_s =h_run1% + ∆h_set + a_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,_w50% =6, 6 м/с,₂ =7700 м,= 21600 с.₂= ↓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:_r = 0, 8;; k_p = 0, 7; k_sp = 0, 84; k_run = 1, 44._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:_s =h_run1% + ∆h_set + a_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, 112м;

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.

 

.4.1 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

 

4.4.2 Розрахунок бетонного кріплення верхового укосу

Бетонне або залізобетонне кріплення виконується у вигляді збірних або монолітних плит, розміри яких і товщина знаходяться в результаті розрахунків на міцність і стійкість.

В курсовому проекті розміри плит вибираються виходячи із умов транспортування і зручності укладання на укіс (в межах 5 х 5 м), а їх товщину допускається визначати за формулою [1, c.17]

 (4.10.)

η =1 для монолітних і η=1, 1 для збірних,_1% - висота хвилі 1% забезпеченості, м,

ρ_пл - щільність матеріалу плити 2, 4 т/м³,

λ - довжина хвилі. м,

ρ_ω - густина води, т/м³,_h - коефіцієнт закладання укосу,_sl - розмір сторони плити, що розташована перпендикулярно урізу води, м (не менше 5 м).

Мінімальна товщина t_пл плити повинна бути не менше 0, 08 м (рис.4.5).

Приймаємо 0, 18

4.4.3 Кріплення низового укосу

Кріплення низового укосу приймаємо у вигляді відсипки шару щебеню або гравію товщиною 0, 2…0, 3 м (тому що укіс укладено середніми пісками, рис. 4.6. а),

Рис. 4.6. кріплення низового укосу: а) відсипка щебеню, б) залуження

 

.5 Дренажне обладнання

Дренажне обладнання споруджують для організованого відводу профільтрованої через тіло греблі води. В даному курсовому проекті проектуємо дренажну призму. Висота дренажної призми залежить від положення максимального рівня води нижнього б’єфу з урахуванням запасу на можливе хвилювання води h_s, але не менше 0, 5 м, та більше ніж глибина промерзання t_пр (в даному випадку t_пр=0, 6 м). Приймаємо h_{s дп}=0, 5 м

Ширина призми по верху b_др = 2 м, коефіцієнт закладання укосу, який межує з тілом греблі m = 1, 3 а зовнішнього m_з =1, 5.

Глибина води нижнього б'єфу Н₂ визначається по кривій Q=f(h) для Q_max, 1, 2 м.

Відмітка рівня нижнього б’єфу: ↓РНБ = ↓дна +h = 146, 9 + 1, 2 = 148, 1 м Висота призми становить: 1, 2+0, 5=1, 7 м.

Відмітка верха дренажу: ↓В_др=↓дна+h_пр = 146, 9+1, 7=148, 6 м.

Зі сторони греблі і основи дренаж повинен бути обсипаний зворотним фільтром з товщиною кожного шару 0, 2…0, 3 м.

Рис. 4.7. Дренажна призма

 

.6 Вибір і обґрунтування виду земляної греблі

Тіло греблі виконується із середнього піску з коефіцієнтом фільтрації , тому гребля водопроникна, виконується з протифільтраційним пристроєм в тілі і є неоднорідною.

Рис. 4.8. Схема неоднорідної греблі із замком

- тіло греблі; 3 - замок; 7 - дренажна призма

4.6.1 Протифільтраційні пристрої в тілі греблі і її основі

В тілі греблі проектуємо протифільтраційний пристрій - ядро. Основа греблі водонепроникна, тому проектуємо протифільтраційний пристрій в основі греблі замок (рис. 4.9.).

Для протифільтраційних пристроїв використовуємо грунт коефіцієнт фільтрації якого k_я в 50…80 разів менше, ніж коефіцієнт фільтрації тіла греблі. Грунт протифільтраційних пристроїв приймаємо суглинок з коефіцієнтом фільтрації k_я=0, 05 м/добу. Ширину ядра по верху приймаємо b₁=0, 8 м, по низу b₂=2, 0 м

Рис.4.9. Замок.

Ширину замка в основі приймаємо 0, 5…0, 70 м; коефіцієнт закладання укосу замка m=1.

4.6.2 Конструкція греблі

Після визначення розмірів всіх елементів необхідно накреслити поперечний розріз тіла греблі з необхідними розмірами і відмітками в масштабі 1:200 (Рис.4.10) [1, c.22].

4.6.3 Побудова греблі на плані

Для цієї побудови греблі на плані (Рис.4.11) необхідно скористатись поперечним розрізом і виділити на плані гідровузла горизонталі з відмітками гребеню греблі (↓ГрГ), верха дренажу (↓верх. др.). Від осі греблі (створу) в обидві сторони відкласти в масштабі плану напівширину земляного полотна b_гр /2 = 6, 0 м (точки а і б). Прямі, проведені через ці точки до перетину з горизонтальними, які мають відмітку гребеню греблі, будуть верховою і низовою бровками греблі (лінії АА і ББ). Подальша побудова буде зведена до визначення лінії зовнішнього контуру греблі і дренажу.

Верховий укіс. Визначається перевищення Δh відмітки гребеню греблі (↓ГрГ) над дном річки (↓дна річки) Δh=↓ГрГ-↓дна річки. Горизонтальне проложення l_c = m_h·Δh₁, м, де m_h - коефіцієнт закладання верхового укосу греблі. Отримане значення l_c відкладається в масштабі по нормалі до верхової бровки і до перетину з дном річки (точка с). Далі визначається перевищення Δh_п гребеню греблі (↓ГрГ) над відміткою горизонталі, що розглядається (↓і_гор) і за залежністю l_і = m_h·Δh_п (4.14.) визначається горизонтальне проложення. Відклавши розмір l_і по нормалі до верхньої бровки знаходяться точки зовнішнього контуру на горизонталях річкової долини з відмітками ↓і_гор (точки В₁ на горизонталях N на обох берегах). Для інших горизонталей знаходження точок зовнішнього контуру проводиться аналогічно. Сполучивши отримані точки прямими одержуємо планове креслення греблі у верхньому б'єфі.

Низовий укіс. Визначається перевищення Δh_t відмітки ↓ГрГ над відміткою верху дренажу (↓врх. др.) і знаходиться горизонтальне прокладання за залежністю l_t = m_t·Δh_t (4.15.), де m_t - коефіцієнт закладання низового укосу греблі. Нормально до нижньої бровки відкладається розмір l_t до перетину з горизонталями річкової долини, що мають відмітку ↓врх. др. (точки F i F₁). Пряма F F₁, яка проведена через ці точки, буде внутрішньою бровкою дренажу, а на відстані, що дорівнює ширині дренажу по верху буде проходити його зовнішня бровка (лінія ЕЕ). Знаходження точок зовнішнього контуру греблі вище лінії F F₁ проводиться як і для верхового укосу. На ділянці, нижче лінії ЕЕ побудова проводиться аналогічно описаному, але враховується, що коефіцієнт закладання зовнішнього укосу дренажу буде m_др, а горизонтальні положення відкладаються від зовнішньої бровки дренажу.

4.7 Фільтраційні розрахунки земляних гребель

Фільтраційні розрахунки виконуються для декількох перерізів, але для курсового проекту вибирається один, який проходить по самих низьких відмітках тальвегу (русловий).

Розрахунковими рівнями при розрахунках будуть: в верхньому б'єфі - відмітка НПР = 156, 075 м, а в нижньому - відмітка РНБ=148, 1.

Рис. 4.10 Поперечний переріз тіла греблі

Рис. 4.11 Гребля на плані

.7.1 Розрахунок фільтрації через неоднорідну земляну греблю на водонепроникній основі

Для фільтраційних розрахунків неоднорідної греблі використаємо віртуальний метод М.М. Павловського.

Визначимо середню товщину ядра

м

По методу віртуальних довжин приведемо греблю до однорідної

 м

Складаємо розрахункову схему (рис. 4.12.), і подальший розрахунок проводимо по залежностях (4.18…4.23) [1]

Рис. 4.12

Вихідні дані:

де q - питома фільтраційна витрата, м²/добу;_гр - коефіцієнт фільтрації тіла греблі, м/добу;

Н₁ і Н₂ - глибини води в б'єфах, м;- віддаль від початку координат до точки перетину внутрішнього укосу дренажної призми з основою;

 - коефіцієнт закладання внутрішнього укосу дренажної призми;

 - вибирається з табл. 4.7.

 м;

м;

;

Криву депресії розрахуємо за залежністю

Решту розрахунків зведено в таблицю

х	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100	110
h	10, 48	9, 96	9, 42	8, 84	8, 22	7, 54	6, 82	5, 99	5, 02	3, 82	2

 

Питома фільтраційна витрата визначається за формулою:

 м²/добу.

Повна фільтраційна витрата через руслову частину греблі, що характеризує втрату води із водосховища

 м³/добу

Крива депресії зображена на рис. 4.3.

4.8 Розрахунок фільтраційної міцності земляних гребель

Щоб оцінити фільтраційну міцність тіла греблі, протифільтраційних обладнань необхідно перевірити умову [1, c.30]:

 

де - діючий градієнт напору,  - критичний градієнт, який для попередніх розрахунків вибирається із таблиці 4.8 [1, c.31].

Для греблі з ядром (рис. 4.14) значення  знаходиться за залежністю

 

Де z₁ - втрати напору в ядрі, b_cp - середня товщина ядра

.

Умова виконується. Фільтраційну міцність греблі забезпечено.

.9 Розрахунок стійкості низового укосу

Мета розрахунку - знаходження із можливих поверхонь зсуву найбільш небезпечної, яка характеризується мінімальним відношенням узагальнених граничних реактивних сил опору R до активних зсуваючих сил F. Одержаний в результаті розрахунку мінімальний коефіцієнт стійкості k_c не повинен перевищувати значень, які рекомендуються для ІV класу - k_c=1, 05.

Фізико-механічні характеристики ґрунтів тіла греблі і основи подано в табл. 4.2

Таблиця 4.2. Фізико-механічні характеристики ґрунтів

Ґрунт	Щільність ρпр, т/м3	Щільність тв. часток ρs, т/м3	Пористість п	Природна вологість		Повне насичення
				С, кПа	φ˚	С, кПа	φ˚
Середні піски	1, 88	2, 66	0, 34	−	32	−	23
Середні піски	1, 82	2, 66	0, 38	−	33	−	25
Середні піски	1, 90	2, 66	0, 33	−	32	−	23
Суглинок	1, 85	2, 71	0, 35	30	37	15	21

Викреслюємо в масштабі 1:200 профіль низового укосу, наносимо положення кривої депресії і графічно визначаємо зону небезпечних кривих зсуву.

Графічно визначаємо середній коефіцієнт закладання укосу m_tср = 2, 5. Через середину усередненого укосу (точка а) проводимо вертикаль, а потім, із цієї точки під кутом 85˚ проводимо пряму довільної довжини. Із точок В і С радіусом R₁ (методом засічок) визначаємо положення точки О.

де R_в і R_н - нижнє і верхнє значення радіусів поверхні ковзання, м, які визначаються за формулами: R_н = k₁ H_гр, R_в =k₂ H_гр.₁ = 1, 65, k₂ = 2, 90. (табл 4.10 [1]) Значення радіусів відповідно будуть R_в = 2, 90×11, 2=32, 5 м, R_н = 1, 65×11, 2=18, 48м.

м.

Вибравши на лінії О довільну точку О₁ проводиться крива ковзання радіусу R_k, щоб захопити приблизно половину гребеня і частину підошви основи (R_k =24 м). Область, яка обмежена кривою ковзання, контуром греблі і частиною основи, розбивається на відсіки, шириною кожного в = 0, 1R_k = 0, 1×24=2, 4 м. Відсіки нумеруються. Нумерація відсіків, які розміщені вліво від нульового - позитивна, вправо - негативна.

Для подальших розрахунків складаємо таблицю.

Приведена до висоти сухого ґрунту тіла греблі висота відсіку, яка знаходиться за залежністю

 

_пр - висота частини відсіку ґрунту, що знаходиться в стані природної вологості, м,

- частини висот відсіку, які насичені водою, м,

ρ_пр - щільність ґрунту тіла греблі природної вологості 1, 78 т/м³,

- щільність ґрунтів відсіків, насичених водою, значення яких визначається за залежністю

, т/м³,

ρ_s - щільність твердих часток ґрунту, т/м³,

ρ_w - густина води, т/м³,

е - коефіцієнт пористості: (е = п/(1-п)),

п - пористість ґрунту.

Таблиця 4.3. Характеристики ґрунтів

Ґрунт	е	ρнас	ρнас / ρпр
Cередні піски	0, 51	1, 07	0, 56
Cередні піски	0, 62	1, 03	0, 54
Cередні піски	0, 50	1, 10	0, 59
Суглинок	0, 53	1, 12

В межах тіла обвалення АВСДА на частину насипу діє гідродинамічна сила Ф, кН, значення якої знаходиться за залежністю

Ф=ρg·А₁ ·і₁=1·9, 81·92·0, 36=324, 90 кН,

де А₁ - площа масиву обвалення, м², (А = 92 м²).

і - середній градієнт площі А (похил кривої депресії)

i=Δh₁ / Δl=6, 6/18, 6=0, 36.

Значення сили Ф =324, 90 кН, прикладена вона в центрі тяжіння площі А і направлена паралельно середньому похилу. Віддаль по нормалі до напрямку дії сили Ф від центру ковзання - це плече сили, яке дорівнює r =19, 2 м.

Коефіцієнт стійкості знаходиться за залежністю [1, c.35]

Для розрахунків необхідно скористатися таблицею, в якій сума значень h_пвcosαtgφ складає Σ₂, а сума значень h_пвsinα відповідає Σ₁, сума значень Σcl-Σ₃ і формула буде мати вигляд

Підставивши значення одержимо

Отримане значення k_c = 1, 12 більше нормативного k_н = 1, 05 (для споруд IV класу надійності), умова виконується, стійкість низового укосу забезпечено.

Таблиця 4.4. Таблиця для розрахунків сил, діючих на масив обвалення

№ відсіку	sin α	cos α	hnp	h'	h''	h'''	h''''	hnв	hnв·sin α	hnв·cos α	φ º	tg φ º	hnв·cos α tg φ º	C	l	Cl
1	2	3	4	5	6	7		8	9	10	11	12	13	14	15	16
9	0, 90	0, 436	1, 40					1, 40	1, 26	0, 6104	32	0, 625	0, 381
8	0, 80	0, 600	6, 00					6, 00	4, 8	3, 60	32	0, 625	2, 25
7	0, 70	0, 714	6, 62	2, 00				7, 74	5, 418	5, 5264	23	0, 424	2, 343
6	0, 60	0, 800	6, 00	3, 82				8, 14	4, 884	6, 512	23	0, 424	2, 761
5	0, 50	0, 866	5, 26	3, 80				8, 16	4, 08	7, 0666	25	0, 466	3, 293
4	0, 40	0, 917	4, 64	3, 40	1, 40			7, 94	3, 176	7, 281	25	0, 466	2, 393
3	0, 30	0, 954	3, 62	3, 00	2, 6	0, 8		8, 00	2, 40	7, 632	23	0, 424	3, 246
2	0, 20	0, 980	2, 22	2, 62	2, 6	0, 8	0, 6	7, 55	1, 51	7, 399	21	0, 384	2, 841	15	14, 60	219
1	0, 10	0, 995	2, 46	2, 22	2, 6	0, 8	1, 00	6, 32	0, 632	6, 2884	21	0, 384	2, 415
0	0, 00	1, 000	1, 06	2, 00	2, 6	0, 8	1, 00	6, 45	0, 000	6, 45	21	0, 384	2, 477
-1	-0, 10	0, 995	0, 64	2, 00	2, 6	0, 8	0, 9	4, 95	-0, 495	4, 9252	21	0, 384	1, 891
-2	-0, 20	0, 980		2, 00	2, 6	0, 8	0, 6	4, 23	-0, 846	4, 1454	21	0, 384	1, 592
-3	-0, 30	0, 931			2, 6	0, 8		1, 88	-0, 564	1, 7503	23	0, 424	0, 742
-4	-0, 40	0, 957			2, 6	0, 8		1, 92	-0, 768	1, 837	23	0, 424	0, 779
									25, 48				30, 40			219

5. Водоскидна споруда

Для скидання поверхневих витрат із водосховища влаштовуємо баштовий водоскид автоматичної дії. Спорожнення водосховища передбачається через донний водовипуск в башті, забір води може бути здійснений за допомогою труб, розташованих вище РМО на 0, 5 м. Місце розташування вибираємо за наступних умов: розташовуємо на корінній основі; відмітка дна водовипускної і водопропускної труб споруди повинна забезпечувати можливість повного спорожнення водосховища; траса водоскиду повинна бути прямолінійною в плані. Споруду розташовуємо в пониженій частині водосховища в тілі земляної греблі.

5.1 Гідравлічний розрахунок водоскиду

При гідравлічному розрахунку водоскиду необхідно визначити довжину водозливного фронту (периметр) башти, поперечні розміри або діаметр водопровідних труб, розміри водобійного колодязя (глибину d_к і довжину l_к ), довжину рисберми l_рис, розміри відвідного каналу.

5.1.1 Башта водоскиду

Пропускна спроможність башти визначається за залежністю [1, c.39]

де Q_max - розрахункова витрата, м³/с: Q_max = 26, 3 м³/с.

т - коефіцієнт витрати (0, 38…0, 40): т = 0, 40.- довжина водозливного фронту, м,

Н_ф - висота шару форсування над гребенем башти, м, яка вибрана в розділі 4.3, Н_ф = 0, 65 м.

Після визначення довжини водозливного фронту l приймається форма окреслення башти в плані і визначаються основні розміри вибраної форми.

З формули для Q_max маємо:

м.

Приймаємо прямокутну форму окреслення башти зі сторонами:

.

Остаточно приймаємо а=5 м; b=9, 135 м

 

.1.2 Водовідвідна труба

Визначаємо рівень води в башті:

¯РВ_баш = ¯НПР - 0, 3 = 156, 075 − 0, 3 =155, 775м

Значення перепаду в башті:_mp = ¯РВ_баш - ¯РНБ = 155, 775 -148, 1 = 7, 67 м

Площа поперечного перерізу відвідних труб:

, м²

де m - коефіцієнт витрати (m = 0, 6)

Оскільки діаметр труби не може перевищувати глибину води в нижньому б’єфі Н₂ = 1, 2 м, а площа поперечного перерізу має бути не менше м, то приймаємо 4 труби діаметром D=1200 мм. Відстань між трубами - 0, 3 м.

5.1.3 Водобійний колодязь

Колодязь проектуємо у вигляді розтрубу, який розширюється у плані від ширини вихідного фронту труб (b_тр) до ширини відвідного каналу. Рисберму розташовуємо на початку відвідного каналу і виконуємо з розширенням. Центральний кут розширення потоку q становить 20⁰.

Глибину води на виході труби h₁ (перша спряжена глибина) визначаємо (для круглих труб, як в нашому випадку) за залежністю:

, м

₁ = 1, 06 м

Ширина вихідного фронту труб:

, м

де d - діаметр або внутрішня ширина труби, м,

п - кількість труб,- віддаль між окремими трубами, м,

Δt - товщина стінки труби (Δt приймається 0, 1…0, 15 м).

м

Визначаємо радіус r₁ який відповідає спряженій глибині:

м

Кут розширення в радіанах: q = 0, 42

Знаходимо критичну глибину:

м

a - значення кількості руху (a » 1, 05)

Число Фруда в початковому перетині:= (h_кр/h₁)³, (5.9)= 1, 12

Визначаємо довжину стрибка:

 м

де значення f визначаємо за залежністю:

,

=1, 03

Довжина водобійного колодязя l_к = 0, 9×l_стр= 0, 9×1, 09 = 0, 98 м

Приймаємо l_к= 0, 98 м

Радіус, який відповідає другій спряженій глибині:

₂ = r₁ + l_стр, м

₂ = 18, 07 м

Значення другої спряженої величини h₂ визначаємо графоаналітичним методом по залежності:

Рахуємо ліву частину рівняння:

Права частина (ПЧ) рівняння:

Задаємо різні значення h₂ для ПЧ рівняння (при b=0, 9):

h2	1, 1	1, 2	1, 3	1, 4
ПЧ	59, 90	62, 64	63, 73	66, 02

Значення h₂ = 1, 35 м

Визначаємо глибину водобійного колодязя:

_к = 1, 15×(h₂ - h_кан)=1, 15×(1, 35-1, 2)=0, 17 м

Приймаємо d_к = 0, 5 м.

Довжина рисберми:_рис » 2×l_к = 2×0, 98 = 1, 96 м. Приймаємо l_рис=2, 0 м

5.1.4 Відвідний канал

Відвідний канал спрягає кінцеву частину споруди і відвідне русло річки. Глибина відвідного каналу буде дорівнювати глибині води нижнього б'єфа:_кан = h_нб = 1, 8 м.

Знаходимо ширину каналу по дну:

 м

де m - коефіцієнт закладання укосів каналу_доп - допустима швидкість руху води в каналі, м/с

В залежності від грунту (в основі - супісок) m = 2; v_доп =1, 9м/с_кан = 9, 2 м

 

Список використаної літератури

1.      Методичні вказівки до виконання курсового проекту "Гребля із ґрунтових матеріалів з баштовим водоскидом" для студентів спеціальності: 7.092603 «Гідромеліорація», 7.070801 «Екологія і охорона навколишнього середовища», 7.092600 «гідротехнічне будівництво». В.М.Бондар, Т.І.Зима, Л.А.Шинкарук, Рівне: НУВГП, 2006. С.42.

.        Волков И.М., Кононенко П.Ф., Федичкин И.К. Гидротехнические сооружения. М.: Колос, 1968.

.        Замарин Е.А., Фандеев В.В. Гидротехнические сооружения. М.: Колос, 1965.

.        Кириенко И.И., Химерик Ю.А. Гидротехнические сооружения. Проэктирование и расчёт. К.: Вища школа, 1987.

.        Розанов Н.П. и др. Гидротехнические сооружения. М.: Стройиздат, 1978.

.        Чугаев Р.Р. Гидротехнические сооружения. Глухие плотины. М.: Высшая школа, 1975.

.        Справочник по гидравлике под ред. Большакова В.А. К.: Вища школа, 1977.

.        Справочник по гидравлическим расчётам под ред. Киселёва П.Г. М.: Энергия, 1975.

.        Перечень единиц физических величин, подлежащих применению в строительстве. М.: Стройиздат, 1987.

.        Руководство по определению нагрузок и воздествий на гидротехнические сооружения (волновых, ледовых, от судов) П 58-76, Л.: ВНИИГ, Энергия, 1977.

.        Строительные нормы и правила. Определение расчётных гидрологических характеристик. СНиП 2.01.14-83. М.: 1984.

.        Строительные нормы и правила. Гидротехнические сооружения. Основные положения проектирования. СНиП 2.06.01-86. М.: Госстрой СССР, 1989.

.        Строительные нормы и правила. Нагрузки и воздествия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов). СНиП 2.06.04-82. М.: Госстрой СССР, 1989.

.        Строительные нормы и правила. Плотины из грунтовых материалов. СНиП 2.06.05-84. М.: Госстрой СССР, 1985.

.        Строительные нормы и правила. Мелиоративные системы и сооружения. СНиП 2.06.03-86. М.: Стройиздат, 1987.

.        Строительные нормы и правила. Автомобильные дороги. СНиП 2.06.02-85. М.: Стройиздат, 1986.