 |
Створ гидроузла, состав и рациональная схема компоновки сооружений гидроузла
|
|
|
|
Створ гидроузла
При выборе створа гидроузла необходимо учитывать ряд требований:
¾ расположение плотины по возможности должно быть в самом узком месте речной долины; ось плотины должна быть перпендикулярна горизонталям местности и направлению течения реки;
¾ при проектировании плотины необходимо провести исследование грунтов, прилегающих к району строительства, которые могут понадобиться для возведения плотины;
¾ необходимо учесть размеры территории, которые понадобятся для размещения постоянных и временных сооружений гидроузла;
¾ по возможности необходимо учесть прокладку дорожной сети, линии электропередачи и связи;
¾ необходимо учитывать интересы пользователей данного гидротехнического сооружения и располагать его вблизи с водопотребителями;
¾ при проектировании необходимо учитывать территорию затопления после начала работы плотины;
¾ средняя глубина в водохранилище должна быть не менее 2,5 м для соблюдения экологических и санитарных требований.
Согласно вышеперечисленным требованиям, был запроектирован створ гидроузла (см. Лист 1). По створу гидроузла построен продольный профиль (см. Рисунок 2).
Состав гидроузла и назначение его сооружений
В состав гидроузла входят следующие сооружения:
1. Водонапорное сооружение (плотина). Данное сооружение необходимо для создания подпора воды и образования чащи водохранилища;
2. Водосбросное сооружение. Служит для пропуска избыточного количества воды в нижний бьеф во время весенних половодий либо дождевых паводков;
3. Водовыпускное сооружение. Необходимо для пропуска в нижний бьеф бытовых расходов воды (санитарные попуски), для пропуска строительных расходов, для полного или частичного опорожнения водохранилища;
|
|
|
4. Водозаборное сооружение. Оно требуется для забора воды из водохранилища для целей орошения.
2.3 Тип водосбросного сооружения
Проектирование водосбросного сооружения ведется по типовым проектам. Нужное типовое сооружение подбираем по расходу с учетом возможности применения выбранного типа к конкретным местным условиям. Итак, по расчетному максимальному расходу водосброса, равному 35 м3/с, выбирается тип водосбросного сооружения – ковшовый водосброс автоматического типа.
2.4 Компоновка сооружений гидроузла
Гидроузел предназначен для целей орошения. При компоновке необходимо учитывать ряд требований:
¾ гидроузел должен находиться как можно ближе к потребителям, т.е. в нашем случае – к полям орошения;
¾ чтобы территория затопления от создания водохранилища была минимальна.
Ось плотины располагается перпендикулярно направлению горизонталей местности и направлению движения воды в реке.
ГРУНТОВАЯ ПЛОТИНА
Тип и конструкция плотины
Тип плотины
По назначению плотины бывают 3 видов:
¾ водоподъемные;
¾ водохранилищные;
¾ комбинированные.
По способу перекрытия плотины делятся на 2 основные группы:
¾ глухие плотины, пропуск воды в которых через створ осуществляется водопроницаемыми сооружениями в теле плотины, имеющие весьма малую ширину по сравнению с длиной плотины;
¾ водосбросные (водопропускные) плотины, по длине которых устраивают достаточно широкие водопропускные отверстия.
По строительному материалу: земляные, каменно-набросные, деревянные, бетонные, каменные. По виду пропуска воды через водохранилище: водосливные, водосбросные, глухие. Согласно классификации плотин – это глухая грунтовая гравитационная однородная насыпная плотина.
|
|
|
Для отсыпки тела плотины используется грунт №3 – суглинок с коэффициентом фильтрации Кф = 0,001 м/сут., так как этот грунт обладает малой водопроницаемостью.
Сопряжение тела плотины с основанием и берегами
По данному подпункту рассматривается подготовка основания плотины:
¾ перенос построек, расположенных вблизи места строительства плотины;
¾ осуществляется выравнивание местности прилегающей к строительству плотины (выкорчевка пней, срез деревьев и кустарников);
¾ снятие растительного слоя (30 см);
¾ проводится планировка поверхности.
Противофильтрационные устройства
Противофильтрационные устройства делятся на 2 основные группы по месту нахождения в плотине:
¾ противофильтрационные устройства в теле плотины;
¾ противофильтрационные устройства в основании плотины.
В грунтовой плотине для уменьшения фильтрационных потерь и снижения кривой депрессии в низовой части откоса в теле плотины устраивают противофильтрационные устройства. Основные противофильтрационные устройства: ядра, экраны, диафрагмы. Для их создания применяют такие грунты, как суглинки, глины, глинобетон, асфальтобетон.
Противофильтрационные устройства в основании плотины могут быть глухими и висячими. Так как основание плотины сложено глинистыми грунтами с малым коэффициентом фильтрации, противофильтрационных устройств в основании плотины не требуется.
Гребень плотины
Гребень плотины (см. рисунок 3) используется для проезда автомобильного транспорта.
 |
Рисунок 3 – Элементы профиля гребня плотины:
А – ширина проезжей части; Б – ширина обочины;
В – ширина гребня плотины.
Для IV категории автомобильной дороги предусмотрены следующие размеры: А = 6 м, Б = 2 м, В = 10 м.
Отметка гребня плотины рассчитывается по следующей формуле:
ÑГП = ÑУВБ + d, м (3)
Расчет отметки гребня плотины ведется для двух случаев:
¾ для основного случая: ÑГП1 = ÑНПУ + d1;
¾ для особого случая: ÑГП2 = ÑФПУ + d2.
Необходимо было определить отметку ФПУ:
ÑФПУ = ÑНПУ + Нф, м, (4)
где Hф = 0,75 м – для принятого типа водосбросного сооружения.
|
|
|
Таким образом:
ÑФПУ = 218,1 + 0,75 = 218,75 м.
Для расчёта гребня плотины принимаем отметку ФПУ равной 218,75 м. Возвышение гребня над расчетным уровнем воды верхнего бьефа d определяется по формуле:
d = hн + Dh + a, м, (5)
где hн – высота наката ветровой волны на откос плотины, м;
Dh – высота ветрового нагона волны, м; определяется по формуле:
, м, (6)
где Кв – коэффициент зависящий от скорости ветра; так как скорость ветра не превышает 20 м/с, то Кв = 2,1×10-6;
W – расчётная скорость ветра, м/с;
D – длина разгона ветровой волны, м;
Н – условная расчетная глубина воды в водохранилище.
a - угол между продольной осью водоема и направлением господствующих ветров, принимается равным 0°.
а – конструктивный запас высоты, принимается равным 0,5 м.
Расчёт выполнялся для двух случаев: основного и особого.
Основной случай:
W1 = W4% = 20,5 м/с;
Н1 = ÑНПУ – ÑДна =
=218,1 – 208,0 = 10,1 м;
D1 = 3400 м;
.
Особый случай:
W2 = W50% = 12,6 м/с;
Н2 = ÑФПУ – ÑДна =
= 218,85 –208,00 = 10,85 м.
D2 = 3800 м.
Высота наката волны на откос плотины определялась по формуле:
hн = h1% × KD × KНП × КС × Кb × КНГ × КН, м, (7)
где h1% – высота волны 1% вероятности превышения, м;
KD и KНП – коэффициенты зависящие от типа и относительной шероховатости верхового откоса, крепления откоса; KD = 1, KНП = 0,9;
КС – коэффициент, зависящий от скорости ветра и заложения откоса; КС = =1,3;
Кb - коэффициент, зависящий от угла подхода фронта волны к плотине; Кb = 1, т.к. b = 0;
КН – коэффициент вероятности превышения по накату; для 1% вероятности превышения КН = 1;
КНГ – коэффициент, зависящий от заложения верхового откоса и параметров ветровой волны; принимается по графику.
Для определения параметров ветровой волны вычисляются безразмерные комплексы:
и 
, (8)
где g – ускорение свободного падения, равное 9,81 м2/с;
t – продолжительность действия ветра, равная 21600 с;
W – скорость ветра, м/с;
D – длина разгона волны, м.
Для вычисления h1% необходимо выполнить следующие операции:
Основной случай:
;
.
Особый случай:
;
.
|
|
|
Далее по графику для каждого из найденных комплексов определялись значения относительных параметров:
и 
, (9)
где t – средний период волны, с-1;
– средняя высота волны, м.
Основной случай:
Для a1: 
, 
;
Для b1: 
, 
.
Особый случай:
Для a2: 
, 
;
Для b2: 
, 
.
Из найденных двух пар значений параметров за расчётные принимаются наименьшие. Таким образом, по графику:
Основной случай:
Особый случай:
Далее определялась средняя высота волны 
и средний период волны t:
Основной случай:
с-1;
м.
Особый случай:
с-1;
м.
Средняя длина волны l:
, м (10)
Основной случай:
Особый случай:
Высота 1% вероятности превышения будет равна:
, (11)
где Ki – коэффициент, устанавливаемый по графику при 1% вероятности превышения в зависимости от значения безразмерного комплекса b.
Основной случай:
Ki = 2,1
м
Особый случай:
Ki = 2,1
м
По формуле (7):
Основной случай:
м;
Особый случай:
м;
По формуле (5):
Основной случай:
d1 = 0,03+2,41+0,5 = 2,94 м;
Особый случай:
d2 = 0,01+1,34+1 = 2,35 м;
По формуле (3):
Основной случай:
ÑГП1 = 218,1+ 2,94 = 221,04 м;
Особый случай:
ÑГП2 = 218,85 + 2,35 = 221,2 м.
Так как отметка гребня плотины при расчёте на особый случай получилась больше, чем при расчёте на основной случай, то в качестве расчетной отметки гребня плотины принимается:
ÑГП2 = 221,2 м; высота плотины при расчетной отметке гребня плотины равна: Hпл = ÑГП2 – ÑДна = 221,2 – 108,0 = 13,2 м.
Откосы и бермы
Заложение откоса принимается в зависимости от высоты плотины, вида грунта тела плотины и наличия дренажа в теле плотины. Принимаем следующие значения:
Коэффициент заложения верхового откоса – m1 = 3
Коэффициент заложения низового откоса – m2 = 2
Для защиты верхового откоса от разрушающего действия атмосферных осадков, ветра, волн, льда и других факторов предусматривают крепление откосов. Крепление верхового откоса бывает основное в зоне максимальных волновых воздействий и облегчённое – ниже и выше этой зоны. Верхнюю границу основного крепления принимают на отметке гребня плотины. Нижняя граница основного крепления принимается на глубине
h = 2∙h1% ниже ÑУМО. Для защиты верхового откоса принимают следующие виды крепления:
¾ каменная наброска или отсыпка;
¾ бетонные, монолитные, железобетонные, сборные;
¾ асфальтобетонные;
¾ биологические;
Для крепления низового откоса с целью защиты его от атмосферных воздействий применяют биологическую защиту – посев трав толщиной 0,2-0,3 м и отсыпка щебня или гравия толщиной 0,2 м.
Для крепления верхового откоса применяются сборные железобетонные плиты размером 2´2 м, толщиной 10 см. При производстве работ плиты укладываются в карты толщиной 8´8 м путём омоноличивания швов.
|
|
|
Толщина плиты определялась по формуле:
, м, (12)
где hпл – коэффициент, равный для сборных плит - 1,1;
h – высота ветровой волны, м;
l - длина волны, м;
В – размер плиты, м;
m1 – заложение верхового откоса;
g0 – объемный вес воды, равный 1 т/м3;
gпл – объемный вес бетона, равный 2,5 т/м3;
Таким образом:
м.
Полученное значение δпл сравнивается с принятой толщиной плиты – 0,1 м. Так как 0,07<0,1, принимается толщина плиты, равная 0,1 м. Под плитами расположен слой песчано-гравийной подготовки толщиной 0,2 м. Затем железобетонное крепление плитами предусматривают от гребня плотины до ÑУМО не ниже 2∙h1%. Ниже этой отметки принимается облегчённое крепление из гравелисто-галечных грунтов. Если отметка конца крепления и отметка дна меньше 3 м, то дальше можно не вести облегчённое крепление.
ÑКК = ÑУМО – 2∙h1% = 213,0 – 2×0,41 = 212,18 м.
где h1% – высота волны, равная 0,41 м.
Так как разница между отметкой конца крепления, равной 212,18 м и дном реки, равной 108,00 м, не превышает 3 метров, то облегченное крепление не предусматриваем и ÑКК = ÑДна = 108,00 м.
В нижней части крепления железобетонными плитами устраивается упор в виде бетонного массива размерами 0,8´0,4 м. Для крепления низового откоса используется растительный грунт, снятый с основания плотины. Толщина покрытия – 0,2 м. Также производится посев многолетних трав. На низовом откосе могут располагаться горизонтальные площадки – бермы. Ширина их не менее 3 м. Служат для повышения устойчивости откоса. Так как максимальная высота плотины составляет 13,2 м, то бермы не предусматриваются.
|
|
|
