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 К_ф = 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 + Н_ф, м, (4)

 

где H_ф = 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 = h_н + Dh + a, м, (5)

где h_н – высота наката ветровой волны на откос плотины, м;

Dh – высота ветрового нагона волны, м; определяется по формуле:

 

, м, (6)

 

где К_в – коэффициент зависящий от скорости ветра; так как скорость ветра не превышает 20 м/с, то К_в = 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 = W_4% = 20,5 м/с;

 

Н₁ = ÑНПУ – ÑДна =

 

=218,1 – 208,0 = 10,1 м;

D₁ = 3400 м;

 

.

Особый случай:

W₂ = W_50% = 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:

 

h_н = h_1% × K_D × K_НП × К_С × К_b × К_НГ × К_Н, м, (7)

 

где h_1% – высота волны 1% вероятности превышения, м;

K_D и K_НП – коэффициенты зависящие от типа и относительной шероховатости верхового откоса, крепления откоса; K_D = 1, K_НП = 0,9;

К_С – коэффициент, зависящий от скорости ветра и заложения откоса; К_С = =1,3;

К_b - коэффициент, зависящий от угла подхода фронта волны к плотине; К_b = 1, т.к. b = 0;

К_Н – коэффициент вероятности превышения по накату; для 1% вероятности превышения К_Н = 1;

К_НГ – 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 h_1% 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 K_i – коэффициент, устанавливаемый по графику при 1% вероятности превышения в зависимости от значения безразмерного комплекса b.

Основной случай:

K_i = 2,1

 м

Особый случай:

K_i = 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: H_пл = 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∙h_1% 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 h_пл – 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;

g_пл – объемный вес бетона, равный 2,5 т/м³;

Таким образом:

 м.

Полученное значение δ_пл 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∙h_1%. 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∙h_1% = 213,0 – 2×0,41 = 212,18 м.

 

где h_1% – 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.