Raimondirus.ru

RAiMONDI
3 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Расчет земляной плотины

Расчет земляной плотины

Высота плотины ПЛ) равна разности отметок гребня плотины и самой низкой точки в створе плотины. Высота гребня для сельскохозяйственных плотин принимается на 0.3-0.5 м выше от­метки ФПУ.

Тогда: НПЛ = 109.2 – 99.4+0.5 =10.3 м

Ширина гребня проезжих плотин принимается в зависимости от класса дороги 6м. Гребень делается с двусторонним поперечным уклоном 3. 5%.

Коэффициенты заложения откосов (φ) земляной плотины представля­ют собой отношение горизонталей проекции линии откоса к высоте плотины и зависят от рода грунта отсыпки.

В нашем примере высота плотины 10.3 м, грунт для насыпки тела плотины − суглинок средний. Следовательно, коэффициенты заложе­ния откосов: сухого – 2.0, мокрого – 2.5 .

Ширина плотины по низу определяется по формуле;

где: в — ширина плотины по верху (гребня), м;

НПЛ — высота плотины, м;

φсух + φмокр — коэффициенты заложения откосов.

В нашем примере, для проезжей плотины, по гребню которой проектируется дорога 5 класса, ширина плотины по низу составит:

В = 6м + 10.3 м · (2.5+2.0) = 52.35м

В теле плотины проектируются некоторые устройства, имеющие большое значение в повышении надежности и долговечности плотины (ядро, замок, дренажная призма, экран).

Дренажная призма устраивается обычно из камней в нижней части сухого откоса с целью предотвращения выноса частиц грун­та из тела плотины фильтрационным потоком.

Высота призмы равна 1/4 высоты плотины, ширина по верху 1.0. 1.5м откосы 1:2 или 1:2.5 (Рис. 5).

Рис. 5 Поперечный профиль плотины м 1:200

Ядро представляет собой стенку из мятой глины, устраиваемую в теле плотины для снижения водопроницаемости плотины. Ядро служит для предотвращения фильтрации через тело плотины. Ядро должно быть выше НПУ на 0.7. 0.8 м и ниже гребня на 1.0. 1.2 м. Ширина ядра по верху – 0.3…1.0 м, по низу – 2.0. 2.5 м.

Замок устраивается из глины в том случае, если под плотиной лежат водопроницаемые грунты. Он служит для сокращения фильтрации под телом плотины. Замок является как бы продолжением ядра. Ширина его по дну — 1/3 ширины плотины по верху, но не менее 1.5 м. Замок делается на всю глубину водопроницаемого слоя и еще на 0.5. 0.8 м заглубляется в водоупорный слой. Замок делается по всей длине плотины от одного берега балки до другого, врезаясь в берега.

Если грунт тела плотины способен разжижаться, вместо ядра устраивают водонепроницаемый пластичный экран, который представ­ляет собой наклонную стенку из глины (или других материалов), уложенную параллельно мокрому откосу. Верхняя часть экрана имеет толщину 0.7. 0.8 м, нижняя – 3.5. 4.0 м. Нижняя часть экрана называется зубом и устраивается аналогично замку.

2.2. Составление поперечного и продольного профилей плотины

Поперечный профиль составляется на миллиметровой бумаге в масштабе 1:100 или 1:200. Кроме элементов будущей плотины (ядра, замка, дренажной призмы), здесь указываются линии горизонтов воды: УМО, НПУ, ФПУ (Рис. 5).

Продольный профиль вычерчивается в двух масштабах: горизонтальном 1:1000 или 1:2500, и вертикальном 1:100.

Порядок работы. С плана водохранилища (1:5000) по горизонта­ли переносится гребень плотины (в масштабе 1:1000 он получится в пять раз длиннее, чем на плане).

Через промежутки, равные расстоянию между горизонталями, в соответствующем масштабе отмечаются сечения и выписываются от­метки земли в этих сечениях. По вертикали откладываются отметки горизонталей. Соединив полученные точки, получают продольный профиль плотины. На нем отмечают гребень плотины и гребень дренажной призмы (Рис. 6).

Рис. 6. Продольный профиль плотины

2.3. Составление плана основания плотины

План основания плотины располагается точно под продольным профилем и вычерчивается в том же масштабе. Сначала проводится линия — ось плотины, от нее в обе стороны откладывается по по­ловине ширины гребня и проводятся две параллельные линии − бров­ки гребня.

Далее для каждого сечения определяется ширина основания плотины. По продольному профилю в каждой точке определяется вы­сота плотины (разница отметок гребня и дна пруда). Умножая вы­соту плотины на коэффициенты заложения откосов, получают длину отрезков горизонтального заложения откосов. От верхней бровки в каждом сечении откладывают отрезки, равные заложению мокрого откоса, а от нижней бровки — отрезки, соответствующие заложению низового откоса.

Полученные точки соединяют ломаными линиями и получают план основания плотины. Он необходим для разбивки плотины на местноcти и для подсчета объема земляных работ при возведении тела пло­тины. (Рис. 7).

Рис. 7. План основания плотины

2.4. Определение объема земляных работ.

Приближенно объем земляных работ можно вычислить по формуле:

где: Vпл количество м 3 земли для засыпки те­ла плотины и ядра;

£ — длина плотины, м;

Нпл — высота плотины, м;

в и В — ширина плотины по низу и по верху, м.

Объем работ по устройству замка:

где: ω — площадь поперечного сечения замка;.

£ — длина плотины, м.

Объем земляных работ по устройству дренажной призмы определяется как произведение площади поперечного сечения дренажной призмы на ее длину, деленное на два.

При подсчете необходимо учесть увеличение объема земли за счет осадки грунта (2. 4% от объема земли на возведение тела плотины).

Необходимо компенсировать снятый растительный слой, который перед возведением плотины под ее основанием снимается на глуби­ну 0.3. 0.4 м. Объем земляных работ по снятию растительного слоя равен произведению площади основания плотины на глубину снятия слоя.

Итак, требуемое количество глины (Vядра + Vзамка), щебня (Vдрен.призмы) и земли (Vпл + Vраст.слоя + Vосадки + Vядра.).

В нашем примере:

Vпл = 0.2 · 5250 · 10.3 · (6 + 52.35) = 631055.25 м 3

Vядра = 0.2 · 5250 · 9.4 · (2 + 2.5) = 44415 м 3

Sосн = 13725000 м 2 (по плану основания плотины. рис. 7)

Vраст.слоя = 13725000 · 0.3 = 4117500 м 3

Vосадки = 0.03 · 13725000 = 411750 м 3

Итого требуется: глины 76755 м 3

щебня 34658 м 3

земли 5204720,25 м 3

Читайте так же:
Как наносить грунтовку опрыскивателем

1. Багров, М.Н. Оросительные системы и их эксплуатация: учеб. пособие для сельскохозяйственных вузов ⁄ М.Н. Багров, И.П. Кружилин. − М.: Колос, 1978. − 230 с.

2. Журавлев, Г.И. Гидротехнические сооружения: учебники для сельскохозяйственных техникумов. − М.: Колос, 1979. − 174 с.

3. Костяков, А.Н. Избранные труды в двух томах. − М.: Сельхозгиз, 1961.

4. Курсовое и дипломное проектирование по гидротехническим сооружениям: учебное пособие для сельскохозяйственных вузов ⁄ под ред. В.С. Лапшенкова. − М.: Агропромиздат, 1989. − 448 с.

5. Методические указания к выполнению комплексного курсового проекта по сельскохозяйственной мелиорации ⁄ В.А. Самохвалов, В.Е. Ревин, А.В. Иванов (и др.). − Кинель, 1989. − 165 с.

6. Оросительные системы Среднего Поволжья и их эксплуатация: учеб. пособие для сельскохозяйственных вузов ⁄ В.А. Самохвалов, Г.И. Рабочев, А.Л. Рабочев. − Кинель, 1998. − 78 с.

7. Самохвалов В.А. Сельскохозяйственная мелиорация: методические указания. − Кинель: РИЦ СГСХА, 2006. − 68 с.

8. Самохвалов В.А. Оросительные мелиорации: учеб. пособие . − Самара: РИЦ СГСХА, 2008. − 350 с.

9. Гидротехнические сооружения: справочник проектировщика. − М.: Стройиздат, 1983. − 543 с.

Проектирование и строительство земляных плотин

Книга содержит краткое обобщение трудов известных гидротехников России и собственных изданий автора. Изложен перечень документов по расчету и строительству земляных плотин, в том числе возведения сухим способом и намывом. По ней удобно произвести квалифицированное проектирование и строительство земляных плотин, не прибегая к помощи специализированных организаций. Книгу можно использовать для обучения техников и инженеров в неспециализированных институтах.

Оглавление

  • 1. Назначение и конструкции земляных плотин
  • 2. Классификация гидротехнических сооружений по капитальности
  • 3. Типы земляных плотин
  • 4. Условия работы земляной плотины
  • 5. Дренаж плотин и расчет фильтрации земляных плотин и основания
  • 6. Устойчивость откосов плотины

Приведённый ознакомительный фрагмент книги Проектирование и строительство земляных плотин предоставлен нашим книжным партнёром — компанией ЛитРес.

5. Дренаж плотин и расчет фильтрации земляных плотин и основания

В целях уменьшения водонасыщенной зоны в плотинах и повышения устойчивости откосов, получения более обжатых и экономичных профилей плотин, применяется дренаж плотин. Дренаж достигается введением в тело плотин зон или полостей, заполненных крупнозернистым материалом (гравием, щебнем, камнем) с ничтожным сопротивлением фильтрации, а на больших плотинах труб с фильтрующим не тканым материалом, перехватывающим фильтрационный поток. Дренаж приводит к снижению депрессионной кривой.

Существуют основные вида дренажа: 1) дренажная призма (рис. 5.1. а), 2) дренажный тюфяк (рис. 5.1. б), 3) трубчатый дренаж (рис. 5.1. в). В зависимости от наличия или отсутствия дренажа земляные плотины делятся на дренированные и не дренированные.

Рис. 5.1. Схемы дренажа плотин [2].

Эксплуатационные качества земляной плотины зависят от положения и очертания поверхности фильтрационного потока в теле плотины (кривой депрессии), расхода фильтрации через тело плотины и под основание плотины. От этого в большой степени зависит устойчивость плотины.

Для надежной работы земляной плотины необходимо, чтобы кривая депрессии была заглублена в тело плотины не менее, чем глубина промерзания грунта в районе строительства, а её выклинивание (высачивание) на низовом откосе было под уровень воды нижнего бьефа либо в границах дренажного устройства. Фильтрационный расход не должны превышать допустимого значения водохозяйственного расчета потерь воды, а фильтрация не влияла на деформацию грунта плотины и основания и вымыв частиц грунта (суффозию).

5.1. Основные положения теории фильтрации

Фильтрация воды в порах грунта происходит под влиянием силы тяжести благодаря наличию разности напоров воды в отдельных точек потока. Движение фильтрационных вод подчиняется закону Дарси: q = kωJ, (1) где: q — расход воды; k — коэффициент фильтрации грунта;

ω — полная геометрическая площадь сечения потока;

J — гидравлический уклон (градиент) фильтрационного потока, равный H/l, где:

Н — потеря напора на длине пути фильтрации l;

Из формулы (1) следует, что расход грунтового потока линейно зависит от градиента, что имеет место при ламинарном движении воды.

Закон Дарси выражается также зависимостью:

V = kJ (2).

Выражение для скорости V можно записать также в виде: V = q / ω (3),

где V — фиктивная скорость фильтрации, отнесенная к полному сечению потока ω.

Действительная скорость течения воды в порах грунта равна: V I = V/m (4),

где m — активная пористость грунта.

Примерные осредненные значения коэффициентов фильтрации различных грунтов приведены в таблице №2 [3].

При рабочем проектировании профиля плотины и расчетов фильтрации коэффициент фильтрации определяют на основании исследования карьерных грунтов. Из приведенной таблицы 2, видно, что эти коэффициенты могут отличаться на порядок и более от натурных.

5.2. Расчет фильтрации земляных плотин и основания

Существуют десятки способов теоретических методик расчета фильтрации через тело плотины и основания плотины, в том числе включаюших построение фильтрационной сетки — линий тока и эквипотенциалей — линий равного давления. Фильтрационная сетка может быть построена вручную методом постепенного приближения. Но точнее, для разных контуров сооружений, строится на приборе ЭГДА — метода электрогидродинамической аналогии — аналогии движения фильтрационных вод с движением электрического тока, разработанного академиком Н. Н. Павловским. Большинство методик сводится к решению сложных дифференциальных математических уравнений с тремя неизвестными. С методом построения линий тока и эквипотенциалей вручную и на устройстве ЭГДА можно ознакомиться в специальной литературе по гидротехнике.

Для ознакомления с фильтрационной сеткой приводим рис. 5.2. с построенными линиями тока и эквипотенциалями для плотины на водоупорном основании

Рис. 5.2.1. Фильтрационная сетка в однородной плотине на водоупорном основании: 1 — депрессионная кривая; 2 — вертикальные линии равного давления или эквипотенциали; 3 — линии тока или течения фильтрационных вод.

При ручном способе построения сетки величина напора делится на n частей и линии эквипотенциалей на пересечениях с соответствующими горизонтальными линиями деления напора Н дают точки кривой депрессии, разделяющую линию течения воды фильтрации и сухой части плотины.

В сокращенном курсе, каким является настоящая работа, целесообразно использовать для расчета земляных плотин на фильтрацию более простые уравнения, не требующие для решения сложных методов [7].

Читайте так же:
Как замыть грунтовку переходом

Рассмотрим вначале упрощенный расчет однородной плотины на непроницаемом основании — наиболее тяжелый случай для устойчивости низового откоса плотины, изображенный на рис. 5.2.2.

Рис. 5.2.2.Расчетная схема фильтрации однородной не дренированной плотины на непроницаемом основании [7].

Острый клин верхового откоса плотины принимает очень малое участие в фильтрации. Поэтому эта часть верхового откоса из рассмотрения выбрасывается и заменяется условной трапецией 0NAB. В компенсацию этого допущения положение раздельной линии 0N определяется значением ε, принимаемым от 0.3 до 0.4 (чем круче откос верхового клина, тем меньше ε). Линия депрессии и расход фильтрации в условиях трапеции будут близкими к действительности.

Тогда 0N = H — εH; А отрезок от 0 координат до сопряжения откоса m1 с основанием в точке С, будет равен: L1 = (H — εH) m1;

Согласно Л.7. Высота выклинивания линии депрессии на низовом откосе будет:

h1 = L/m2 + h — [L 2 /m2 2 — (H — h) 2 ] 0.5 . При отсутствии воды в нижнем бьефе h = 0.

Фильтрационный расход на 1 м длины плотины:

Ординаты депрессионной кривой находятся из уравнения y = [H 2 — (2q/k) x] 0.5

Приведем пример №1 расчета параметров фильтрации для заданных размеров плотины и напора: Напор Н = 20 м; Ширина по гребню плотины В = 10 м; Высота плотины Н1=22 м;

Заложение откосов m1= m2 = 4; Коэффициент смещения координат ε = 0.4; Коэффициент фильтрации k = 0.036 м /час (как средний в песчаной однородной плотине Цимлянской ГЭС); Глубина воды в нижнем бьефе h = 0;

Тогда: L1 = (H — εH) m1 = (20 — 0.4 x 20) х 4 = 48 м; :

L = H1m1 + В + H1m2 — L1 = 22 х 4 +10 +22 х 4 — 48 = 138 м;

Высота выклинивания линии депрессии на низовом откосе h1 будет при h = 0;

h1 = L/m2 — [L 2 /m2 2 — H 2 ] 0.5 = 138/4 — (132 2 /4 2 — 20 2 ) 0.5 = 34.5 — 28.1 = 6.4 м

Фильтрационный расход на 1 м длины плотины q1 = k (H 2 — h1 2 ) / [2 (L — m2h1)]

q1 = 0.036 (20 2 — 6.4 2 ) /2 (138 — 4 x 6.4) = 12.9/224.8 = 0.057 м 3 /час,

или на 1 км длины плотины Q = 57 м 3 /час

Ординаты депрессионной кривой находим из уравнения y = [H 2 — (2q/k) x] 0.5

У = [20 2 — (2 х 0.057/0.036) x] 0.5 = [400 — 3.16Х] 0.5 ; При Х = 0 У = Н = 20 м.;

При У = h1= 6.4 м; Х = L — m2 h1 = 138 — 4 х 6.4 = 112.4 м; Задаваясь значением Х от нуля до 112 м можно построить кривую депрессии.

Обратимся к расчету расхода фильтрации плотины на проницаемом основании.

Рис. 5.2.3. Схема фильтрации однородной недренированной плотины на проницаемом основании [7].

Общий расход фильтрации равен сумме двух расходов: расхода q1 через однородную плотину на непроницаемом основании и расхода q2 через проницаемое основание. Первый расход определяется по формуле, положение кривой депрессии — по уравнению (205). Второй расход — представляет расход воды, протекающий по прямоугольной трубе высотой Т и шириной 1 м кривыми струйками, средняя длина которых βL’, а средний градиент потока HL’. Поэтому расход через основание:

Суммарный расход фильтрации:

q = k (H 2 — h1 2 ) / [2 (L — m2h1)] + k2HTL’ (219),

Где h1 — высота выклинивания линии депрессии на низовом откосе по уравнению (203),

k2 — коэффициент фильтрации грунта основания; β — коэффициент удлинения пути фильтрации через основание:

Выполним примерный расчет фильтрации под основание плотины (пример №2) при глубине залегания водоупора Т = 20 м и условиях принятых в примере №1.

Отношение L’/T = 186/20 = 9.3. По интерполяции из таблицы можно принять коэффициент

β = 1.17; При этих условиях расход фильтрации через основание плотины будет:

q2 = k2HT/βL’ = 0.036 х 20 х 20/1.17 x 186 = 14.4/217.6 = 0.066 м 3 /час на 1 м длины плотины. Суммарная фильтрация в основании и тело плотины составит:

Q = 0.066 +0.057 = 0.123 м 3 /час.

В литературе [2] рассмотрены и другие, более сложные случаи определения фильтрации: высоты выклинивания линии депрессии на низовом откосе и расхода фильтрации для однородной дренированной плотины, экранированной плотины с дренажем, экранированной плотины с зубом и дренажем. Эти случаи рекомендуем изучать непосредственно по первоисточнику.

Рис. 5.2.4. Дренажная призма из камня с наслонным дренажем [2].

Из приведенного расчета фильтрации через однородную плотину на непроницаемом основании, изображенной на рис. 5.2., видно, что линия депрессии на низовом откосе выклинивается на значительной высоте h1, что может вызвать суффозию грунта, особенно при промерзании. В целях исключения суффозии и понижения выхода выклинивания фильтрационных вод используют дренажную призму и наслонный дренаж (рис. 5.2.4.).

В литературе [2] помещена таблица определения суффозии по коэффициенту неоднородности грунта плотины и градиентов фильтрации H/l.

По исследованиям В. С. Истоминой, скорости и градиенты фильтрации, при которых начинается механическая суффозия, существенно зависят от неоднородности грунта, характеризуемой, как известно, коэффициентом

На фиг. 4—12 приводится график минимальных (безопасных) градиентов направленной снизу вверх фильтрации, при которых суффозия исключается. Как видно из графика, чем больше неоднородность грунта η, тем при меньших градиентах начинается суффозия. Ввиду недостаточной еще проверки графика 4—12 на практике, рекомендуется уменьшать полученные по графику значения I в 1,5—2 раза в зависимости от класса сооружения.

Фиг. 4—12. Минимальные (безопасные) градиенты (при которых отсутствует суффозия в несвязных грунтах) в зависимости от неоднородности грунта (по предложению В. С. Истоминой)

Всё об энергетике

Грунтовой плотиной называется гидротехническое сооружение для возведения которого в качестве основного материала использовался природный грунт (глина, песок, гравий и т. д.).

К основным элементам грунтовой плотины, из которых она состоит, относятся:

  • тело плотины;
  • противофильтрационные устройства;
  • дренажные устройства;

Каждый из этих элементов в составе грунтовой плотины выполняет свою роль. Тело плотины обеспечивает её прочность и устойчивость, противофильтрационные устройства (экраны, диафрагмы, ядра) препятствуют фильтрации воды через тело плотины, а дренажные устройства выполняют функцию сбора профильтровавшей (т. е. прошедшей сквозь тело плотины) воды.

Для учета всего многообразия плотин из грунтовых материалов существует их классификация. В зависимости от используемого материала и способа возведения грунтовые плотины делятся на:

  • земляные насыпные;
  • земляные намывные;
  • каменно-земляные;
  • каменно-набросные;
Читайте так же:
Как белит стены с грунтовкой

Земляная насыпная плотина возводится отсыпанием грунта насухо с последующим уплотнением или в воду (в воде грунты уплотняются естественным образом). В качестве материала тела плотины используют грунты от глинистых до гравийно — галечных.
Насыпные грунтовые плотины подразделяются на виды. В зависимости от конструкции тела плотины они могут быть:

  • однородные;
  • неоднородные;
  • неоднородные с экраном из негрунтовых материалов;
  • с грунтовым ядром;
  • с негрунтовой диафрагмой;
  • с грунтовым экраном;

В зависимости от конструкции противофильтрационных устройств:

  • с зубом;
  • с инжекционной (цементационной) завесой;
  • со стенкой, шпунтом;
  • с понуром;

Земляная намывная плотина возводится намыванием грунта тела плотины с помощью пульповодов. Материалом для тела плотины служат грунты от глинистых до гравийно-галечных.
Намывные земляные плотины делятся на виды:

  • однородные:
    • с принудительно формируемыми откосами;
    • со свободно формируемыми откосами;
    • узкопрофильные;
    • с ядром;
    • с центральной зоной;
    • с насыпным ядром из глинистого грунта и намывными боковыми зонами;
    • с насыпными банкетами из горной массы и намывной одной центральной зоной;
    • с центральной негрунтовой диафрагмой и намывными боковыми призмами;

    Каменно-земляные плотины возводятся отсыпкой насухо с уплотнением,в воду или способом направленного взрыва. Тело плотины выполняется из крупнообломочных грунтов, а для противофильтрационных устройств используют грунты от глинистых до мелкопесчаных.
    Каменно-земляные плотины подразделяются на виды:

    • с грунтовым экраном;
    • с грунтовым ядром;
    • с верховой грунтовой призмой;
    • с центральной грунтовой призмой;
    • с комбинированным противофильтрующим устройством;

    Среди каменно-земляных плотин, возводимых направленым взрывом, выделяют следующие виды:

    • с грунтовым экраном и понуром;
    • с инъекционной диафрагмой;

    Каменно-набросные плотины возводятся отсыпкой грунта насухо с уплотнением, в воду или направленым взрывом. Для тела плотины используются крупнообломочные грунты, а для противофильтрационные устройства выполняют из негрунтовых материалов.
    Каменно-набросные плотины подразделяются на два вида:

    Гидроузел с плотиной из грунтовых материалов

    Один из основных вопросов проектирования плотины из грунтовых материалов — определение устойчивого и экономически выгодного ее профиля.

    На размеры поперечного профиля влияют:

    характеристики грунта тела плотины и ее основания,

    условия строительства и эксплуатации плотины.

    Форма поперечного профиля грунтовой плотины представляет трапецию, большую сторону которой называют подошвой, а меньшую – гребнем.

    Поперечный профиль плотины приведен на рис. 4. Подошва плотины не всегда бывает горизонтальной, очертание её зависит от рельефа местности.

    2.2.1 Предварительное назначение коэффициентов заложения откосов

    Откосы плотины должны быть устойчивыми во время ее строительства и эксплуатации при воздействии статических и динамических нагрузок, фильтрации, капиллярного давления, волн и др. Откосы могут потерять устойчивость из-за:

    1. воздействия статических и динамических нагрузок от воды;

    капиллярного давления воды;

    наличия ходов землеройных животных.

    Коэффициент заложения (котангенс угла наклона откоса к горизонту) откосов плотин из грунтовых материалов зависит в основном от типа грунтов, формирующих верховую и низовую части плотины, типа грунтов основания и высоты плотины. Первоначально коэффициент заложения откосов назначается на основании опыта безаварийной работы различных типов плотин соответствующей высоты с характеристиками грунтов, аналогичных принятому для дальнейшего проектирования варианту плотины (см. пункт 2.1). Далее правильность предварительно принятых значений коэффициентов заложений откосов плотин проверяется расчетами устойчивости откосов.

    Ориентировочно коэффициенты заложения откосов могут быть принять по нижеприведенным таблицам 1 и 2.

    Коэффициенты заложения откосов плотин из грунтовых материалов

    При выполнении тела плотины или верхового клина плотины из супесей с параметрами, приведенными в задании на проектирование, вышеуказанные значения коэффициентов заложения откосов следует увеличивать на 0,25. 0,5 /15/.

    Коэффициенты заложения откосов плотин из грунтовых материалов

    Для дальнейшего проектирования принимаю:

    Н пл =  ФПУ + 1,3 м —  дна = 113 + 1,3 – 100 =114,3 м.

    Заложение верхового откоса — т h = 3 м

    Заложение низового откоса — т t = 3 м.

    2.2.2 Конструирование гребня плотины

    Гребень плотины конструируется, исходя из условий производства работ и эксплуатации плотины. Прежде всего, необходимо обеспечить проезд транспорта и сельскохозяйственной техники. Обычно на гребне плотины устраивают автомобильную или железную дорогу.

    Ширина гребня устанавливается в зависимости от категории прокладываемой по гребню дороги (категория дороги не зависит от класса плотины) в соответствии с таблицей 3. При отсутствии необходимости проезда минимальная ширина гребня должна быть не менее 4,5 м.

    В данном курсовом проекте дорога относится к I V категории, т.к. высота плотины , и поэтому имеет следующие размеры:

    ширина проезжей части (Г): 6 м

    ширина обочин (В): 2 м

    ширина земляного полотна (b гр ): 10 м

    толщина асфальта: 0,12 м

    По краям проезжего полотна дороги предусматривают обочины или тротуары для пешеходов.

    Покрытие проезжей части выполняют в соответствии с классом дороги. Его укладывают на подготовку из песчаных, гравийных или щебенистых грунтов.

    Вдоль гребня плотины с обеих сторон в пределах обочин предусматриваем ограждения в виде сигнальных столбиков.

    В поперечном направлении дороги придают двусторонний уклон, принимая его равным при асфальтовом покрытии 4%. Обочинам придают уклон 1.5%.

    Пример конструктивного оформления гребня показан на рис.4.

    2.2.3 Проектирование креплений откосов плотины

    2.2.3.1 Верховой откос

    Для защиты верхового откоса земляной плотины от разрушающего воздействия ветровых волн, льда, течения воды, атмосферных осадков и других факторов рекомендуется устраивать крепление. Крепление откосов следующих видов:

    каменное (каменная наброска из несортированного камня),

    бетонное и железобетонное (сборные и монолитные плиты с обычной и предварительно-напряженной арматурой),

    биологическое (кустарники, травы).

    В карьере в 3,0 км от места строительства плотины есть крупный камень (16 грунт), то выбираем крепление в виде каменной наброски из 16 грунта (валунный грунт).

    Для определения диаметра камня, уложенного в крепление, нахожу массу отдельных камней m из условия устойчивости к размывающему действию волн по формуле:

    где — расчётная высота волны, принимаем , рассчитанной при НПУ;

    — средняя длина волны (строка 15 таблицы 4);

    — коэффициент, который принимается по таблице в зависимости от типа крепления при наброске, ;

    — плотность камня, принимается по колонке 3 исходных данных, ; — плотность воды,

    Зная массу камня, его диаметр, приведенный к диаметру шара, можно определить следующим образом:

    Плотина

    Плотина — гидротехническое сооружение, перегораживающее водоток для подъёма уровня воды, также служит для сосредоточения напора в месте расположения сооружения и создания водохранилища.

    Плотины на небольших водотоках, а также временные, называют также запрудами.

    Назначение

    Обычно плотины входят в комплекс гидротехнических сооружений (гидроузел), сооружаемый в конкретном месте для использования водных ресурсов в различных целях: мелиорации, гидроэнергетики, обводнения пастбищ и прочего. Чаще плотины входят в группу речных гидротехнических сооружений (чем в группу внутрисистемных, расположенных на каналах). Если при этом комплекс сооружений связан с забором воды из реки, то его называют водозаборным гидроузлом.

    В общем случае состав гидроузла, где располагают плотины, следующий:

    По назначению плотины бывают водохранилищные, водоопускающие и водоподъёмные. Подпор уровня воды у водоподъёмных плотин невысок, целью устройства таких плотин является улучшение условий водозабора из реки, использования водной энергии и пр. Водохранилищные плотины отличаются заметно большей высотой, как следствие, большим объёмом создаваемого водохранилища. Отличительной особенностью больших водохранилищных плотин является способность регулировать сток, малые плотины, с помощью которых создают, например, пруды, сток не регулируют. Чаще всего подобное функциональное разделение плотин на водохранилищные и водоподъёмные является условным, в силу трудности определения более важной функции. Вместо этого может использоваться деление плотин по высоте подъёма воды: низконапорные (глубина воды перед плотиной до 15 м), средненапорные (15-50 м), высоконапорные (более 50 м).

    Поперек рек и речек плотины устраиваются с целью поднять уровень воды и образовать искусственный водопад, которым пользуются как механическою силою или же чтобы сделать мелкие реки судоходными и распространить судоходство и сплав далее вверх по течению реки.

    Ручьи, балки, овраги и ложбины заграждаются плотинами для задержания в них дождевых и снеговых вод, образующих пруды и резервуары, запасами которых пользуются в сухое время года для орошения полей, для водопоя и других потребностей в домашнем хозяйстве или же для водоснабжения населенных мест, для питания судоходных каналов, а также для пропусков воды в реки при недостаточной глубине их для судоходства (реки Мста, Верхняя Волга и другие).

    Плотины вдоль рек возводятся для направления течения соответственно потребностям судоходства, а по берегам рек, озёр и морей — для предохранения от наводнений и для предупреждения вторжения морских вод внутрь страны.

    Классификация плотин

    Тип и конструкция плотины определяются её размерами, назначением, а также природными условиями и видом основного строительного материала. Плотины различаются по типу основного материала, из которого они возводятся, по назначению и по условиям пропуска воды.

    По типу материала

    По типу основного материала различают плотины:

    • грунтовые
    • бетонные
    • металлические
    • тканевые
    • деревянные
    • железобетонные
    • габионные

    По способу возведения

    • насыпные
    • намывные
    • направленного взрыва

    По способу восприятия основных нагрузок

    • гравитационные
    • арочные
    • контрфорсные
    • арочно-гравитационные

    По условиям пропуска расхода воды

    • глухие (не допускают перелива воды через гребень)
    • водосбросные
    • фильтрующие (пропуск воды осуществляется через тело плотины)
    • переливные (катастрофического действия)
    • разборные

    История

    Искусство возведения плотин известно уже с глубокой древности. О водоподъёмных плотинах упоминает Геродот. Абу-л-Фида сообщает о плотине, построенной персами для отвода воды от города Тостара. Аббас I Великий соорудил близ Кашана каменную плотину длиной 36 метров, высотой 16 м и толщиной 10 м, снабженную у подошвы каналом для пропуска воды. Наконец, в древние времена строились также весьма большие плотины для ограждения местностей от наводнений, например, арабами во II столетии н. э. Подобные же работы, по рассказу Абу-л-Фиды, предприняты были Александром Македонским для предупреждения разлива озера Кадис близ сирийского города Эмесы.

    Во время подготовки к заливке фундамента плотинного шлюза. Плотина на Оке в районе Белоомута, Московская губерния. 1912

    Самая древняя из известных плотин датирована 3000 годом до нашей эры. Располагалась она в ста километрах от Аммана; это была каменная стена 4,5 метра в высоту и 1 метр в толщину. В 2800/2600 году до нашей эры в 25 километрах от Каира была возведена плотина протяжённостью 102 метра; она была вскоре разрушена ливнем. В середине III века была построена целая система рядом с индийским городом Дхолавира. Римляне строили весьма разнообразные плотины, в первую очередь — для получения водохранилищ на засушливые периоды; самая высокая римская плотина достигала 50 метров в высоту и была разрушена лишь в 1305 году.

    С 1998 года в десятках стран мира ежегодно 14 марта по инициативе организации «Международная сеть рек» отмечается «Международный день действий против плотин» (иначе: «День действий в защиту рек, воды и жизни»). Активистам движения против плотин уже удалось добиться реальных результатов: в Соединённых Штатах были демонтированы две шестидесятиметровые плотины, а в Швеции принят закон, который запрещает строить плотины более пятнадцати метров в высоту.

    Гравитационные плотины

    Давление от масс воды гравитационные плотины воспринимают своей массой. Сопротивление сдвигу происходит за счёт сил трения или сцепления подошвы плотины по основанию. Вследствие этого такие плотины имеют массивный характер, чаще близкое к трапецеидальному сечение в поперечнике.

    Арочные плотины

    Арочные плотины давление от масс воды передают на берега ущелья (реже — на искусственные устои). В силу этого такие плотины чаще возводятся в горной местности, где берега сложены прочными породами. Часть нагрузок арочная конструкция передаёт на основание. При этом, чем шире арка, тем больше давление на основание. Это требует увеличение ширины плотины в нижней части, и приводит к появлению арочно-гравитационных плотин. Арочные плотины с контрфорсами в нижней части арки называют арочно-контрфорсными. В них работа арки ограничивается верхней частью, что позволяет применять арочные плотины в более широком диапазоне мест расположения.

    Арочно-гравитационные плотины

    Арочно-гравитационные плотины совмещают в себе свойства арочных и гравитационных плотин.

    Контрфорсные плотины

    Как и арочные плотины позволяют уменьшить массу тела плотины, её размеры за счёт более эффективной расчётной схемы. Стена в контрфорсной плотине более тонкая, чем в гравитационной благодаря её усилению с низовой стороны подпорными конструкциями (стенами).

    Грунтовые плотины

    Грунтовые, или земляная плотина строится из грунтовых материалов, в том числе песчаных, суглинистых, глинистых, как правило, без перелива воды через неё. Обычно форма поперечного сечения приближается к трапецеидальной. Грунтовые плотины просты по конструкции, строительство их возможно в очень широком диапазоне геологических условий. Учитывая это, а также использование при возведение плотины местных строительных материалов, почти полную механизацию труда и сокращение трудозатрат, грунтовые плотины можно считать самым распространённым типом водоподпорного сооружения. Грунтовые плотины относятся к гравитационным плотинам.

    Грунтовые плотины были в числе самых первых плотин в истории человечества. С давних пор такие плотины строились и в России. Известна Змеиногорская плотина XVIII века, построенная выдающимся русским инженером Козьмой Фроловым.

    Современные грунтовые плотины достигают весьма больших размеров, к примеру, Нурекская плотина достигает высоты трёхсот метров, а плотина Тарбела объёма 130 миллионов кубических метров. География плотин чрезвычайно широка: Вилюйская, Усть-Хантайская, Колымская плотины возведены в условиях вечной мерзлоты, в Средней Азии строится самая высокая в мире Рогунская плотина, существуют плотины на Кавказе — Сарсангская, Мингячевирская, известны плотины на Дальнем Востоке, Карпатах, Крыму.

    Классификация грунтовых плотин

    Грунтовые плотины классифицируются по материалу тела плотины, по конструкции, методу производства работ, высоте, типу противофильтрационных устройств в основании.

    Низкими считаются плотины высотой до 25 метров, средними в диапазоне 25-75 метров, выше 75 метров — высокие плотины. Особо высокие плотины (более 150 м) относятся к «сверхвысоким».

    Расчёты грунтовых плотин

    При проектирование современных грунтовых плотин проводятся расчёты с учётом напряжённо-деформированного состояния при статических и динамических воздействиях. При проведении расчётов используются компьютеры, а инженеру-проектировщику требуются знания теории упругости и пластичности, ползучести, численных методов. Работа грунта моделируется с учётом наиболее важных его свойств, и применение методов механики сплошных сред позволяет получить весьма близкие к реальности результаты расчётов. Современное проектирование грунтовых плотин учитывает иногда и реологию грунтов.

    При проектировании плотин следует провести несколько групп расчётов, среди которых:

    • расчёты фильтрации в теле плотины;
    • расчёты основания плотины;
    • расчёты тела плотины;
    • расчёты, связанные с сейсмостойкостью;
    • расчёты устойчивости откосов плотины;
    • расчёты сопряжения плотины с основанием.

    Расчёты фильтрации в теле плотины необходимы для проведения прочих расчётов, например, устойчивости откосов. Фильтрационный поток через плотину влияет на работу плотины в целом. Параметры фильтрационного потока определяют конструкцию как плотины, так и сопутствующих устройств. В ходе расчёта фильтрации определяются скорости движущейся грунтовой воды, фильтрационные расходы через тело плотины, строится гидродинамическая сетка движения фильтрационного потока и депрессионная поверхность (верхняя граница фильтрационного потока в теле плотины).

    При расчётах основания определяются осадки основания, несущая способность грунта, прогнозируется уплотнение (консолидация) основания.

    Расчёты тела плотины определяют его осадки, проверяются прочность грунтовых материалов, даётся оценка трещинообразования.

    Конструкции грунтовых плотин

    Конструкция плотины во многом определяется свойствами местных грунтов, имеющихся вблизи створа. Также на конструирование влияют инженерно-геологическая ситуация места строительства, гидрологические характеристики реки и стока, климатические условия, сейсмичность района, наличие парка необходимых строительных машин.

    В ходе конструирования решаются следующие задачи:

    • назначаются габаритные размеры сооружения (высота плотины, заложение откосов, ширина гребня, размеры берм);
    • выбирается тип укрепления откосов и гребня;
    • определяются противофильтрационные устройства в теле плотины;
    • разрабатываются дренажные устройства;
    • конструируется подземный контур плотины;
    • назначается тип сопряжения плотины с основанием и берегами.

    Разрушения плотин и обеспечение безопасности

    Ущерб от разрушения плотины может быть чрезвычайно большим. Обусловлено это тем, что разрушение непосредственно конструкции плотины является, зачастую, лишь небольшой частью общего ущерба, в который включаются потери от разрушения сопутствующих сооружений (поскольку плотина почти всегда является лишь частью гидроузла), потери предприятий, производство на которых может быть парализовано в результате прекращения поступления от ГЭС, потери от разрушений, произведённых катастрофическим водосбросом в нижнем бьефе плотины.

    Крупные катастрофы на плотинах

    Список некоторых крупных катастроф, произошедших на плотинах.

    Обеспечение безопасности

    В Российской Федерации безопасность гидротехнических сооружений регулируется Федеральным Законом «О безопасности гидротехнических сооружений», принятым Государственной Думой 23 июня 1997 года. Плотины должны проектироваться в соответствии с действующими нормативными документами: строительными нормами и правилами (СНиПами), Государственными стандартами (ГОСТами), ведомственными нормативными документами (РД).

    Мероприятия по обеспечению безопасности должны выполняться начиная со стадии проектирования. В ходе возведения плотины должна производиться проверка на соответствие работ, свойств оснований и строительных материалов проектным данным. В ходе эксплуатации сооружения требуется осуществлять натурные наблюдения — мониторинг плотины с помощью контрольно-измерительной аппаратуры. Установка аппаратуры в сооружении должна предусматриваться ещё на стадии проектных работ и обеспечивать, в зависимости от класса сооружения, наблюдения за осадками, горизонтальными смещениями, параметрами фильтрационного потока в теле плотины, температурой, напряжённо-деформированным состоянием и прочим.

    Помимо аппаратного мониторинга на всех плотинах следует выполнять натурные визуальные и геодезические наблюдения. Подобные наблюдения позволяют установить фактическое состояние сооружения и определить его соответствие проектным прогнозам, своевременно предотвратить негативные процессы.

    Различают два случая несоответствия плотин проектно-нормативным требованиям:

    • К1 — потенциально опасное состояние;
    • К2 — предаварийное состояние.

    Потенциально опасное состояние не вызывает скорого разрушения сооружения, однако требует принятия незамедлительных мер по устранению причин состояния. Предаварийное состояние означает, что в считанные часы может случиться разрушение плотины, требуется эвакуация населения и проведение аварийно-спасательных работ.

    Проведение измерений, наличие плана действий в экстренных ситуациях и готовность персонала гидроузла к аварийным ситуациям способны предотвратить аварии и избежать трагических последствий. В 1993 году на Курейской плотине резко возрос фильтрационный расход через насыпь. Произошло вымывание мелкозернистого грунта, на откосах появился и стал расти провал, грозящий катастрофическим прорывом воды через считанные часы. Руководство гидроузла смогло предотвратить катастрофу, резко снизив уровень воды в верхнем бьефе, организовав немедленную засыпку образовывавшейся воронки и кольматацию трещины с верховой стороны глинистым грунтом.

    голоса
    Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector