Водосбросная плотина в составе средненапорного гидроузла

Q³_н.б.=Q_min+Q_0,25H·n=400+168,3· 11=2251,3 м³/с

 

η = а/Н = а = 0,5Н / Н = 0,5

ε_в =

q_0,5H = Q_0,5H / b = 311 / 20 = 15,6 м²/с

, первое приближение h_сж = 0

I_пр : 

I_пр : 

 

h_б = 5,4 м

4. При открытие всех затворов на а = 0,5Н=2,85

 

ε_в =

 

Q⁴_н.б.=Q_min+Q_0,5H·(n-1)+Q¹_0,25H=400+311,8· (11-1)+168,3=3686,3 м³/с

 

 

h_б =6 м

 

5. При открытие затвора на а = Н=5,7м

Определение расхода

Q⁴_н.б.=Q_min+Q_0,5H·n+Q_0,5H=400+311,8· 11+311,8=3829,8 м³/с

 

q_н = q_в=26,8 м³/с

, первое приближение h_сж = 0

I_пр : 

II_пр :   

при h” = h_сж

h_б = 6м

 

6. При открытие всех затворов на а = Н=5,7

 

Q_н.б.=Q_0,1-Q_0,5H=5800-311,8=5488,2 м³/с

 

h_б =6,5 м

         

7. Поверочный:

, первое приближение h_сж = 0

I_пр : 

II_пр : 

III_пр : 

при h” = h_сж

h_б = 6,8 м

 

Полученные  результаты удобно записать в сводную  таблицу.

Сводная таблица

№	а, м	Q1,м3/с	Q, м3/с	q, м2/с	hкр,м	hсж,м	hразд, м	hразд.пр,м	hб,м	hразд,ПР. - hб, м
1	1,425	168,3	400	8,415	1,99	0,51	5,33	3,3	3	0,3
2	1,425	168,3	2083	8,415	1,99	0,51	5,33	5,33	5,3	0,03
3	2,85	311,8	2251,3	15,6	2,4	0,96	4,9	3,04	5,4	-2,36
4	2,85	311,8	3686,3	15,6	2,4	0,96	4,9	4,9	6	-1,1
5	5,7	527,3	3829,8	26,8	4,3	1,68	8,92	5,5	6,1	-0,6
6	5,7	527,3	5488,2	26,8	4,3	1,68	8,92	8,92	6,5	2,42
7	6,35	627,3	6900	31,36	4,8	1,95	9,72	9,72	6,8	2,92

 

В случае, когда  глубина нижнего бьефа (0,7-0,8) h_{разд.пр} <h_н.б<1,1 h_{разд.пр} для предотвращения отгона прыжка на водобое достаточно разместить гасители энергии водного потока. Если глубина нижнего бьефа существенно недостаточна для затопления прыжка , её увеличивают, устраивая водобойный колодец с гасителями или водобойную стенку или используя комбинацию этих методов.

По таблице  следует сделать вывод о том, что в 6-ом случае сопряжения бьефов будет происходить отгон прыжка, поэтому этот случай примем расчётным.

В условиях отгона прыжка принимаем решение  о необходимости размещения

гасителей энергии водного потока.

 h_разд^гас = 0,85·8,92=0,85·8,92=7,582 м <6,5м= h_б

Из расчетов видно, что для затопления гидравлического  прыжка устройство водобойного колодца  требуется.

2.6. Расчёт водобойного колодца

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Требуется определить глубину колодца . Расчёт ведём для самого опасного расчетного случая (в данной курсовой работе  – для шестого). Глубина колодца определяется из условия затопления гидравлического прыжка с учетом действия гасителей и необходимого запаса:

 

Так как  при заглублении водобойной плиты  условия сопряжения бьефов изменяются, то глубину водобойного колодца  определяем с помощью приближений.

 

Глубина в сжатом сечении:

Первое приближение, h_сж = 0 м:

Второе приближение, h_сж = 1.5 м:

Третие приближение:

Принимаем h_сж = 1.58 м.

h_кр =

h_разд =1,58/2[ ] = 9.34 м

Принимаем глубину колодца d = 2 м, т.к. выполняется условие

2.8. Расчёт и конструирование водобойной плиты         

Водобойная  плита предназначена для крепления  русла в зоне гидравлического  прыжка. Ее выполняют в виде массивной  армированной бетонной плиты. Плита  водобоя под действующими на нее  силами может всплыть, опрокинуться в сторону нижнего бьефа или  сдвинуться.

2.8.1 назначение размеров водобойной  плиты:

Длину гидравлического  прыжка определим двумя способами:

 

1) Длину водобойной  плиты при наличие гасителей определяетя:

 Примем =40м.

2) Толщину  водобойной плиты назначаем в  размере:

 

 

2.8.2 определение нагрузок, действующих  на водобойную плиту:

Водобойная плита, находящаяся в  зоне гидравлического прыжка, испытывает большие гидромеханические нагрузки. Они вызывают дефицит давления, под  действием которого плита может  потерять устойчивость.

 

                                                 

 

 

 

 

   

                                                                                                                                                   

                                                                                                                               

                                                                

                                                                                                     

 

           

 

    

 

                

 

 

 

                                                                                                                 

 

 

 

    

         

 

 

 

 

1) Определим  вес водобойной плиты (с учетом  взвешивающего действия воды):

 

2) Определим  вес гасителей (с учетом взвешивающего  действия воды):

На водобойной плите на ширине секций расположены 6 гасителей 2*2*2м на расстоянии l=0,3·=0,3·31=9,3 м

2³*14*6=672 кН

3) Определим  вес стенки (с учетом взвешивающего  действия воды):

 

 

4) Сила фильтрационного давления на подошву водобоя при расстоянии до второго ряда дрен Lдр =20,7 м находиться по формуле:

 

 

 

 

 

 

5) Дефицит давления находиться по формуле:

 

 

6) В курсовом проекте принимаем распределение пульсационной составляющей гидродинамического давления равномерным, тогда значение силы вертикальной пульсационной составляющей гидродинамического давления равно:

 

 

 

7)Сила осреднённого гидродинамического давления на гасители:

 

V_cж=q/h_c=26,8/1,68=15,95 м/с

 

В курсовом проекте проводим проверку устойчивости водобойной плиты:

1. на всплытие;

2. на опрокидывание;

3. на сдвиг.

Условие устойчивости плиты принимаем в виде:

 

где: – действительное значение коэффициента устойчивости плиты

 – нормативное значение  коэффициента устойчивости

 

2.8.3 Расчёт устойчивости водобойной  плиты на всплытие:

 

Условие выполняется.

 

 

2.8.4 Расчёт устойчивости водобойной плиты на опрокидывание:

 

                                                                                    

 

                                   

 

 

                                           

 

                                                                                    

 

                                                                           

 

                                                  

                                                                                    

 

 

                                                                                       

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Условие выполняется

 

 

2.8.5 Расчёт устойчивости водобойной  плиты на сдвиг:

 

 

 

 

 

 

 

R`=

 

Условие выполняется

Вывод: отметка подошвы плотины .

2.9. Конструирование рисбермы  и ковша

За водобоем располагаются рисберма и концевое крепление.

Рисберма  – это участок крепления русла  расположенный за водобоем. На рисберме происходит уменьшение осредненных  скоростей и пульсации скоростей. Рисберму выполняют в виде крепления, постепенно облегчающегося по течению. Обычно крепление устраивают из бетонных плит. Толщину плиты в начале рисбермы принимаем равной двум третям от толщины  водобоя. Следующая плита рисбермы будет составлять две третьих  от предыдущей.

Концевой  участок рисбермы заглубляют с уклоном  , в результате чего образуется ковш, предназначенный для защиты рисбермы от подмыва. За счет отсыпки в ковш камня уменьшаем его глубину.

 

 

                

     

 

 

           

 

             

2.9.1. Определение ямы размыва:

Глубина воды в яме размыва вычисляем по методике Б.И. Студеничникова:

 

 

2.9.2. Определяем длину горизонтальной  рисбермы:

 

 

2.9.3 конструирование рисбермы:

Каждая плита  рисбермы по своим размерам составляет от предыдущей

Спроектируем  плиты горизонтального участка  рисбермы:

первая плита:

вторая плита:

Горизонтальный  участок рисбермы равен:

 

Заложение верхового откоса ковша принимаем  , следовательно длину наклонного участка рисбермы принимаем равной:

 

 

Принимаем стандартные  плиты типа 3ПГ6 наклонного участка рисбермы с размерами 59701480мм, толщина плиты

количество  − 5 шт.

Последнюю плиту заглубляем в водоупор с зубом.

Общая длина  крепления:

 

не должна превышать :

 условие выполняется.

Дно ковша  закрепляем каменной наброской.

 

Глава 3.

Конструирование подземного контура плотины. Фильтрационные расчеты.

3.1 Выбор конструкции подземного  контура.

Схема подземного контура формируется  в зависимости от геологического строения, типа основания и требований, предъявляемых к подземному контуру: минимальное фильтрационное давление, сохранение фильтрационной прочности  основания.

В моем случае грунтом основания является супесь, поэтому обязательно создание противофильтрационной завесы в виде анкерного понура, также необходим неглубокий шпунт в начале анкерного понура и в верховом зубе плотины. В данном проекте анкерный понур который служит не столько для защиты от фильтрации, сколько для разгрузки водосливной плотины путем частичной передачи нагрузки от бетонной плотины на понур через гибкое соединение. Он представляет собой железобетонную плиту, арматура которой соединена с арматурой фундаментной плиты плотины. Водонепроницаемость железобетонной плиты обеспечивается оклеечной гидроизоляцией её поверхности и слоем глинистого грунта. Узел сопряжения понура с плотиной выполняется в виде гибкой конструкции, воспринимающей разность осадок понура и плотины без нарушения его водонепроницаемости. Чтобы уменьшить фильтрационное давление на бетонную водосливную плотину и элементы крепления нижнего бьефа устраиваются дренажи и дренажные колодцы.  Дренаж под плотиной практически снимает фильтрационное противодавление, и плотина может иметь минимальный вес.

Для предварительного назначения размеров элементов можно  руководствоваться следующими положениями:

1. ширина подошвы тела плотины не менее (1,5–2,5)H, где H–статический напор. После построения профиля водослива принимаем ширину подошвы равной 30 м.
2. принимаю длину грунтового понура 22,5м. (1,5H)
3. для решения задачи фильтрации надо ввести расчетную глубину залегания водоупора T_акт. В определении T_акт исходим из понятия активной зоны, т.е. такой, в которой при дальнейшем увеличении глубины залегания водоупора, эпюра противодавления, значение выходного градиента и расход практически не изменяются. В нашем случае основной задачей фильтрационного расчета является определение противодавления. Тогда Tакт = T^’ акт, где T^' акт – определяется в зависимости от отношения горизонтальной L₀ и вертикальной S₀ проекции подземного контура.
4. полная длина подземного контура L_o=4+2+2·3+20,5+2+9=43,5м. Глубина подземного контура S_o=10м.

  промежуточная схема подземного контура

В этом случае T_акт=2,5*S₀ =2,5*7=17,5.

Так как в данном проекте отсутсвует водоупор ( ), а активная

глубина 17,5 м, то в фильтрационный расчёт берём расчётную глубину 17,5м.