Бетонная водосбросная плотина

Кафедра «Гидротехническое и энергетическое строительство»

Курсовая Работа

На тему: «Бетонная водосбросная плотина»

Минск 2009

Содержание

Содержание..................................................................................................... 2

1. Компоновка сооружений гидроузла.......................................................... 3

2. Гидравлические расчеты............................................................................. 4

2.1 Расчет пропускной способности сифонного водосброса........................ 4

2.2 Расчет сопряжения бьефов........................................................................ 6

2.3 Определение длины крепления русла за водосбросной плотиной......... 8

3. Конструирование тела плотины и ее элементов...................................... 10

3.1 Определение глубины заложения и ширины подошвы плотины......... 10

3.2 Проектирование поперечного профиля плотины.................................. 10

3.3 Конструкция гравитационной плотины................................................. 10

3.4 Выбор схемы подземного контура плотины......................................... 11

3.5 Конструирование элементов подземного контура плотины................. 11

3.5.1 Понур.................................................................................................... 11

3.5.2 Шпунт................................................................................................... 12

3.5.3 Дренажные устройства........................................................................ 12

3.6 Конструкция водобоя............................................................................. 12

3.7 Конструкция рисбермы.......................................................................... 13

3.8 Конструкция быков................................................................................. 13

3.9 Конструкция береговых устоев.............................................................. 14

4. Расчет фильтрации в основании бетонной плотины................................ 16

5. Расчеты плотины на устойчивость и прочность...................................... 19

5.1 Нагрузки и воздействия на плотину....................................................... 19

5.2 Определение контактных напряжений................................................... 20

5.3 Расчет устойчивости плотины на сдвиг.................................................. 22

5.4 Расчет прочности тела плотины методами сопротивления материалов 24

6. Соображения по пропуску строительных расходов............................... 26

Литература.................................................................................................... 27

1. Компоновка сооружений гидроузла

Речные плотинные гидроузлы всегда носят индивидуальный характер. В связи с разнообразием местных условий нет возможности при сооружении данного гидроузла использовать какие-либо типовые проекты

В состав гидроузла входят земляная плотина из местных материалов и бетонная гравитационная плотина с сифонным водосливом.

Створ плотины выбирается с учетом топографических условий таким образом, чтобы плотина имела минимальную длину. Схема гидроузла должна быть, возможно, более компактной, объем и стоимость работ по возведению сооружений, а также эксплуатационные расходы должны быть, возможно, наименьшими. При русловой компоновке водосливная плотина находится в русле реки.

Грунт основания – песок мелкозернистый, грунт тела плотины – песок среднезернистый.

Высота плотины Н_пл=12,4, отметка верха быков – 190 м, максимальный напор Н=8 м, отметка НПУ – 187 м, глубина воды в ВБ при НПУ – 9,4 м.

Заложение верхового откоса земляной плотины – 3, низового – 2,5. Ширина гребня – 10 м.

2. Гидравлические расчеты 2.1 Расчет пропускной способности сифонного водосброса

Сифонный водосброс состоит из нескольких труб прямоугольного сечения, объединенных в батареи. Гребни отдельных сифонов располагаются на разных отметках с целью недопущения одновременного включения всей батареи при пропуске небольших паводков.

Форма поперечного сечения трубы – прямоугольная, с размерами 2х5 м. Радиус закругления оси горлового участка r₀=4 м.

Пропускная способность сифонного водосброса определяется по формуле:

ω_вых=a·b=2·5=10 м² – площадь выходного сечения трубы сифона;

 – напор с учетом скорости подхода;

Н=4 м – геометрический напор;

 – коэффициент расхода;

 – сумма коэффициентов сопротивления.

Суммарный коэффициент сопротивления слагается из:

1.  Местное сопротивление на вход: ξ_вх=0,1

2.  Местное сопротивление на плавное сужение: ξ_пс=k_пс ξ_внс=0,24·0,3=0,072

k_пс=0,24

3.  Местное сопротивление на закругление:  α=90^о k_α=1 ξ₉₀=0,16

4.  Сопротивление на трение по длине:

I участок:

l₁=4,4 м

II участок:

l₂=9,9 м

=0,438

Пропускная способность одной трубы:

Необходимое количество труб:

Ширина водосброса

скорость подхода

Пропускная способность одной трубы с учетом скорости подхода:

Пропускная способность всего водосброса:

Проверка пропуска максимального катастрофического расхода воды через водосброс производится по условию:

Окончательно принимаемое количество труб n=6.

Таким образом, необходимая пропускная способность сифонного водосброса обеспечена.

Для установления величины вакуума в горловом сечении и сравнивания его с допустимым значением производится определение давлений в сифоне.

Вакуум на оси трубы в горле сифона при :

2.2 Расчет сопряжения бьефов

Уровень в ВБ равен НПУ, а УНБ определяется по кривой связи Q=f(h).

При включении всей батареи в НБ сбрасывается 448,8 м³/с. Глубина в НБ в этом случае равна 5,1 м

Глубина воды в сжатом сечении находится по зависмости:

φ=0,95 – коэффициент скорости;

р=9,4 м – высота водослива;

В_с=40 м – ширина потока в сжатом сечении;

Для определения глубины воды в сжатом сечении требуется решить это уравнение методом последовательных приближений.

Q м3/с	hc, м	hкр, м	h'', м	hНБ, м	h''-hНБ, м
448,8	0,75	2,34	5,5	5,1	0,4

h''-h_НБ=0,4 м – отогнанный гидравлический прыжок. Для того, что бы бьефы сопрягались в форме затопленного гидравлического прыжка, требуется искусственно затопить его при помощи гасителей энергии.

Расчет водобойной стенки:

Длина водобоя: .

Для лучшего гашения избыточной кинетической энергии потока, ширина водобоя по течению увеличивается. Угол отклонения береговых устоев от оси водобоя составляет 11^о.

Ширина водобоя около водобойной стенки:

Скорость подхода для водобойной стенки:

Напор на гребне водобойной стенки:

Высота водобойной стенки в первом приближении: d_в.ст.=h''-H'=5,5–3,07=2,43 м.

Уточняется коэффициент расхода:

Высота подтопления h_п= h_НБ –d_в.ст.=5,1–2,43=2,67 м, коэффициент подтопления: σ_п=0,9

Напор на гребне водобойной стенки во втором приближении:

Высота водобойной стенки во втором приближении: d_в.ст.=h''-H''=5,5–3,2=2,3 м.

При расчете водобойной стенки требуется выяснить условие сопряжения бьефов за ней.

Глубина воды в сжатом сечении находится по зависимости:  h_c=1,3 м.

Критическая глубина: .

Вторая сопряженная глубина:

 – прыжок затоплен.

2.3 Определение длины крепления русла за водосбросной плотиной

Во избежание разрушения дна русла за плотиной, дно и берега русла покрываются специальным креплением, которое состоит из водобоя и рисбермы.

Общая длина крепления при сопряжении бьефов в донном режиме определяется по формуле:

Длина рисбермы:

Ширина рисбермы:

За горизонтальным участком рисбермы для защиты ее от подмыва устраивается концевое крепление в виде ковша. Глубина ковша отсчитывается от уровня воды в НБ при пропуске расчетного расхода и определяется по зависимости:

 – удельный расход;

V₀₁=2 м/с – допускаемая неразмывающая скорость для засыпки ковша (галька крупностью 30÷100 мм);

χ=1,2 – коэффициент неравномерности распределения удельного расхода;

k_р=1,1 – коэффициент, зависящий от условий схода потока с рисбермы.

3. Конструирование тела плотины и ее элементов 3.1 Определение глубины заложения и ширины подошвы плотины

Для надежного сопряжения плотины с основанием и предотвращения контактной фильтрации подошва плотины выполняется с верховым и низовым подплотинными зубьями. Глубина зубьев – 3,6 м. Ширина зуба по низу – 4 м. Ширина подошвы плотины определяется по зависимости:

b_n=(1,75÷2) Z=2·8=16 м Z – разность уровней в ВБ и НБ.

3.2 Проектирование поперечного профиля плотины

Поперечный профиль плотины состоит из следующих элементов: