Проектирование наливной плотины СПК "Новый рассвет" Бахчисарайского р-на АРК

ГП = НПУ+ h =74,5+3,023=77,523м ГП = ФПУ+ h =78,2+1,36=79,56м

Из двух значений принимаем большее значение. Окончательно принимаем отметку гребня ГП = 79,60 м.

Определяем проектную высоту плотины:

Нпр. = ГП - осн., м                                             (4.9)

где     осн. – отметка основания плотины, м.

 осн. = тальв. – tр.с., м                                       (4.10)

где     тальв. – отметка тальвега, равная 51,6 м;

tр.с. – толщина снятия растительного слоя в тальвеге,

tр.с. = 0,2 м.

осн. = 51,6 – 0,2 = 51,4 м

          Нпр. = 79,6 – 51,4 = 28,2 м

В первые годы эксплуатации плотина даст осадку. Принимая величину осадки для хорошо укатанных плотин равной 2% от Нпр., определим строительную высоту плотины:

Нстр. = 1,02 · Нпр. = 1,02 · 28,2 = 28,76 м                            (4.11)

4.1.2 Проектирование гребня плотины

Гребень плотины необходим для придания устойчивости поперечному профилю плотины. Ширину гребня назначаем, исходя из категории проектируемой дороги, равной 8 м. Длина плотины по гребню составляет 199 м. Проезжую часть дороги укрепляем одеждой, в состав которой входят покрытие и основание. Покрытие выполняем щебенистым, толщиной 0,2 м. Основание выполняет роль дренирующего слоя. Вода из дренирующего слоя корытного профиля отводится через дренажные воронки на откосы. Воронки располагаются по обеим сторонам корыта в шахматном порядке на расстоянии 4 м друг от друга. Для стока поверхностных вод гребень выполняем с поперечным уклоном 4% в обе стороны от оси. По краям гребня с обеих сторон устанавливаем сигнальные столбики через 3 м друг от друга. Отметка гребня определена расчетом и составляет 79,6 м.

4.1.3 Проектирование откосов плотины

Откосы плотины ломаного очертания. Крутизна их зависит от высоты плотины, грунтов тела плотины и основания, способов производства работ. Принимаем следующее заложение откосов:

верхового – m1 = 3,0

низового - m2 = 2,5

На обоих откосах проектируем бермы на отметке 67,00 шириной по 4 м. Берма низового откоса отводит в нижний бьеф дождевые и талые воды. Для этого ей придаем поперечный уклон 2% в сторону откоса и устраиваем на внутренней стороне кювет-канаву. Эта берма также служит для надзора и ремонта откоса.

Верховой откос плотины подвергается действию волн пруда, ледяного покрова, атмосферному влиянию, поэтому укрепляем его от отметки 67,00 до отметки 59,10 гравийно-галечниковой обсыпкой, а выше до отметки гребня плотины – железобетонными плитами ПКО-10 (4×2). Плиты укладываем на подготовку из щебня толщиной 0,2 м и омоноличиваем в карты. Крепление верхового откоса производится как с гребня, так и с бермы верхового откоса.

Низовой откос засеваем многолетними травами по слою растительного грунта толщиной 0,2 м для ослабления разрушающего действия атмосферных осадков и ветров. Чтобы грунт не оползал, нарезаем на откосах борозды.

4.1.4 Проектирование дренажа

Дренаж плотины предназначен для:

ü    недопущения выхода фильтрационного потока на низовой откос;

ü    понижения кривой депрессии, а следовательно, повышения устойчивости низового откоса;

ü    отвода воды, фильтрующейся через тело плотины и основание в нижний бьеф;

ü    предотвращения возникновения фильтрационных деформаций.

В проекте принято дренажное устройство в виде дренажной призмы из камня. Со стороны тела плотины дренаж окружен обратным фильтром из щебня

d = 20-40 мм и разнозернистого песка. Толщина слоев фильтра 20 см. Дренаж имеет форму трапеции со следующими разрезами:

- высота – 4м;

- ширина по верху – 2 м;

- заложение откосов m1 = 1,5; m2 = 2,5.

4.1.5 Проектирование противофильтрационных устройств

Противофильтрационным устройством является ядро в центральной части плотины. Ось ядра совмещена с осью плотины. Ядро отсыпается из суглинков. В поперечном сечении оно имеет форму трапеции с размерами: ширина поверху – 3м, понизу в русловой части – 16 м, крутизна откосов 1:0,25. Верх ядра возвышается над ФПУ на высоту капиллярного поднятия.

4.1.6 Проектирование сопряжения тела плотины с основанием и берегами

Для предотвращения вредных последствий фильтрации в основании плотины и для повышения её устойчивости против плоского сдвига проектируем в основании замок. Врезка осуществляется в коренные породы на глубину от 1,0 до 9,6 м. Ширина замка по дну 4 м, крутизна откосов 1:1,0.

Сопряжение тела плотины с берегами выполняется планировкой откосов наклонными уступами. Перед насыпкой тела плотины в основании удаляется растительный грунт и грунты с высоким коэффициентом фильтрации. Затем пропашным плугом рыхлится основание и уплотняется кулачковыми катками толщиной слоя 20-30 см.

4.2 Расчет плотины на фильтрацию

Целью фильтрационного расчета является определение положения кривой депрессии в теле плотины и полного фильтрационного расхода.

Расчет ведем при отметке НПУ в пруде.

Определяем напор по формуле:

Н = НПУ - тальв. = 74,5 – 51,25 = 23,25 м             (4.12)

Определяем положение раздельного сечения:

ΔL =  · Н =  · 23,25 = 9,96 ≈ 10 м             (4.13)

Аналитически определяем расстояние от раздельного сечения до начала дренажа и проверяем его графически:

L=ΔL+( ГП- НПУ)·+Вгр+Вбер+( ГП - др.)· - ( др –

- осн.)· =10+(79,6-74,5)·3+8+4+(79,6-55,25)·2,5-(55,25-51,25)·1,5=

= 92,18 м                                                                                       (4.14)

где    ΔL – раздельное сечение, м;

          ГП – отметка гребня плотины, м;

          НПУ – отметка нормального подпорного уровня, м;

         Вгр – ширина гребня, м;

         Вбер – ширина бермы, м;

 - заложение низового откоса;

 - заложение верхового откоса;

          осн. – отметка основания, м;

          др – отметка верха дренажа, м;

 – заложение внутреннего откоса дренажа.

Приводим грунт тела ядра к грунту тела плотины:

Я =  ·  =  · 10 = 2500 м                       (4.15)

где     - коэффициент фильтрации грунта тела плотины, =0,08м/сут;

 - коэффициент фильтрации грунта тела ядра, =0,08 м/сут;

 - средняя толщина ядра, м.

 =  =  = 10 м

Определяем приведенную длину:

Lпр. = L + Я -  = 92,18 + 2500 – 10 = 2582,18 м            (4.16)

Определяем ординату кривой депрессии на входе в дренаж:

h1 =  -  =  - 2582,18 = 0,1 м (4.17)

Определяем заход кривой депрессии в дренаж:

I =  =  = 0,05 м                                            (4.18)

Строим кривую депрессии по уравнению:

y2 = 2 h1· х, м2                                          (4.19)

Задаемся значением «х» и вычисляем «у», сводя расчеты в таблицу 4.1

Таблица 4.1

Строим кривую депрессии в системе координат ХОУ.

Определяем удельный фильтрационный расход через тело плотины:

qф = Кф · h1 = 20 · 0,1 = 2 м3/сут/м                             (4.20)

где    Кф – коэффициент фильтрации грунта тела плотины,

Кф= 20 м/сут.

Полный фильтрационный расход будет:

Qф =  qф·Lпл= 0,5·2·199 = 199 м3/сут                       (4.21)

где    Lпл – длина плотины по гребню, м.

4.3 Расчет низового откоса на устойчивость

Расчет низового откоса на устойчивость проводим с целью проверки достаточности заложения низового откоса. Расчет проводим по методу круглоцилиндрических поверхностей скольжения.

Вычерчиваем низовой клин плотины с осредненным откосом. В полученный профиль переносим кривую депрессии. Из середины откоса проводим вверх вертикальную линию и другую линию под углом 85° к откосу. Между этими лучами находится область центров кривых скольжения. Откладываем отрезки АВ и АД в зависимости от проектной высоты и заложения низового откоса. Проводим дуги ВС и ДF. Получили криволинейный 4-х угольник ВСДF – область центров кривых скольжения. Расчет ведем, располагая поочередно в этой области 3 центра кривых. Выбираем радиусы R1=64 м, R2=72 м и R3=56 м так, чтобы дуги, соответствующие им, захватили половину гребня, часть поперечного профиля плотины и основания и вышли за низовым откосом.

Отсек грунта, заключенный между гребнем, осредненным низовым откосом и кривой скольжения, делим на полосы, шириной в=0,1R. По каждой полосе измеряем высоту слоя сухого и мокрого грунта и записываем результаты в таблицы. (см. Приложения В, Г)

Вычисляем приведенную высоту слоя грунта по формуле:

hпр = hсух +  · hмок                                               (4.22)

где    hсух – высота слоя сухого грунта, измеренная по середине каждой полосы, м;

hмок - высота слоя мокрого грунта, измеренная по середине каждой полосы, м;

 - плотность мокрого грунта,  =1,02 т/м3;

 - плотность сухого грунта,  = 2 т/м3

Вычисляют для каждой полосы -  и :

 =  (4.23)

 =                                   (4.24)

где     – порядковый номер полосы;

Определяем произведения hпр ·  и hпр · , результаты вычислений сводим в таблицы (Приложения В, Г).

Ведем подсчет удерживающих сил, пользуясь известными значениями углов естественного откоса () и удельных сцеплений (С, т/м2)

Определяем длины дуг, соответствующих различным грунтам:

L =  · , м                                           (4.25)

где    R – радиус дуги скольжения, м;

 – угол, соответствующий каждой зоне грунта в сухом и мокром состоянии.

Пользуясь графическим Приложением к расчету, определяем площади зон действия фильтрационного потока до дренажа – W1 и после него – W2.

W = Σ hмок· В, м2                                               (4.26)

Определяем радиусы r1 и r2 и уклоны зон i1 и i2

Коэффициент устойчивости низового откоса определяется по формуле:

Куст =  ≥            (4.27)

где     – нормативный коэффициент устойчивости откоса, равный для 3 класса капитальности 1,1

К1 = 1,6                       К2= 1,75                       К3= 1,51

Средний коэффициент устойчивости будет:

Кср =  =  = 1,62 > 1,1

Низовой откос устойчив, так как Кср > следовательно, заложение его принято верно.

5 НАПОЛНЯЮЩИЙ ВОДОВОД

Наполнение пруда производится с помощью существующей насосной станцией на р. Бельбек. Общая протяженность подпитывающего тракта составляет 1837 м, из них – 1312 м существующий трубопровод и требуется строительство нового трубопровода длиной 525 м.

Новый трубопровод начинается от автодороги Бахчисарай-Ялта и заканчивается включением в пруд.

До ПК1 + 41 трубопровод прокладывается в одной траншее с трубопроводом МКр, а далее, в районе плотины переходит на левый берег, где включается в пруд.

На начальном участке до ПК1 + 41 трубопровод запроектирован из асбестоцементных труб ВТ-9 dу=300 мм. От ПК1 + 41 до ПК4 + 64, где трубопровод прокладывается у подошвы плотины, он запроектирован из стальных труб 3255×7 мм. Концевой участок подпитывающего тракта представляет собой прокоп, отрываемый в скальных грунтах.

Расход наполняющего трубопровода 100 л/с.

Определяем d асбестоцементных труб:

dа/ц = 1,13 , м                             (5.1)

где    Q – расход наполняющего водовода, Q = 100 л/с;

ν – скорость движения воды в асбестоцементных трубах, ν = 2 м/с.

dа/ц = 1,13 = 0,253 м                                   

Принимаем d = 300 мм.

Потери напора по длине асбестоцементного трубопровода:

hl = АlQ2                                          (5.2)

где    А – удельное сопротивление для асбестоцементных труб, А=2,03;

l – длина трубопровода, l = 141 м

hl = 2,03 · 141 · 0,12 = 2,86 м

Местные потери:

hм = 0,1hl = 0,1 · 2,86 = 0,286 м                       (5.3)

Определяем диаметр стальных труб.

Скорость движения воды в стальных трубах ν = 1,5 м/с.

dст = 1,13 = 1,13 = 0,292 м

Принимаем d = 325 мм.

Потери по длине:

hl = АlQ2

где    А – удельное сопротивление для стальных труб, А=0,6187;

l – длина участка трубопровода для стальных труб, l = 333 м

hl = 0,6187 · 333 · 0,12 = 2,06 м

Местные потери:

hм = 0,1hl = 0,1 · 2,06 = 0,206 м

Определяем напор в наполняющем трубопроводе по формуле:

Н = Нгеод. + Σhl + Σhм + hсв.                      (5.4)

где Нгеод. – геодезическая высота, Нгеод = 80,6 – 20,6 = 60 м;

Σhl – суммарные потери по длине в а/ц и стальном трубопроводе;

Σhм – тоже для местных потерь;

hсв. – свободный напор, hсв. = 1,0 м

Н = 60 + 2,86 +0,286 + 2,06 +0,206 + 1 = 66,412 м

6 ВОДОВЫПУСКНОЕ СООРУЖЕНИЕ

6.1 Выбор типа и конструкции водовыпуска

Пруд проектируется для целей орошения. Для подачи воды на орошение в теле плотины предусмотрен донный трубчатый водовыпуск. Вход в водовыпуск расположен ниже УМО, что позволяет выпускать воду из пруда частично или полностью во время ремонта откосов плотины и очистки ложа пруда от наносов.

Донный трубчатый водовыпуск запроектирован в виде стальной сварной трубы диаметром 300 мм, уложенной под телом плотины. Общая длина водовыпуска 145 м. По длине трубы на неё наварены металлические диафрагмы, служащие для увеличения пути фильтрационного потока под сооружением. В голове водовыпуска установлен приемный колодец, снабженный шандорами и решеткой, оголовок трубы, помещенной в колодец, снабжен раструбом и сеткой. В конце водовыпуска устроен выход в колодец с задвижками: основными и ремонтной. Основные обеспечивают подачу воды на орошение и на сброс. На сбросном трубопроводе запроектирован водобойный колодец.

Траншея под водовыпуск забивается жирными суглинками с тщательным уплотнением вручную. Под диафрагмы устанавливаются специальные приямки. Во избежание коррозии трубы покрывают усиленной гидроизоляцией в два слоя.

6.2 Гидравлический расчет водовыпуска

Расчет сводится к подбору диаметра трубы водовыпуска, позволяющего пропустить необходимый расход.

Пропускная способность напорного водовыпуска может быть определена по формуле:

Q = μω , м/с                                             (6.1)

где    μ – коэффициент расхода системы;

ω – площадь поперечного сечения трубы при принятом диаметре, м2;

Н – напор перед трубой водовыпуска, м.

Принимаем стальные трубы диаметром 300 мм (0,3 м) и определяем площадь поперечного сечения трубы

ω =  =  = 0,07 м2                     (6.2)

Коэффициент расхода системы определяем по формуле:

μ =  =  = 0,3                                 (6.3)

где     - сумма коэффициентов сопротивления – местных и по длине;

 =  +  = 9,67 + 1,77 = 11,44 (6.4)

 =ξвх + ξреш + ξзадв + ξвых= 0,1+0,2+1+0,47= 1,77  (6.5)

где    ξвх – сопротивление на входе, ξвх = 0,1;

ξреш – сопротивление в решетке, ξреш = 0,47;

ξзадв – сопротивление задвижки, ξзадв = 0,2;

ξвых – сопротивление на выходе, ξвых = 1

ξреш = 1,5 4 = 1,5 4 = 0,47                   (6.6)

где    d1 – диаметр раструба, равный 400 мм.

Сопротивление по длине вычисляем по формуле:

ξдл =  =  = 9,67                                   (6.7)

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6