Водосборсная плотина в составе низкого напорного гидроузла

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ПО ОБРАЗОВАНИЮ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра гидротехнических сооружений

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ НА ТЕМУ:

“ВОДОСБРОСНАЯ ПЛОТИНА В СОСТАВЕ НИЗКОНАПОРНОГО ГИДРОУЗЛА”

Факультет: ГСС

Курс: IV

Группа: 5

Выполнил: Сохряков Д.И.

Консультант: Бестужева А.С.

Москва 2010

Оглавление

Глава I. Условия района строительства

Глава II. Гидравлические расчеты водосливной плотины

2.1 Выбор удельного расхода на рисберме. Расчет глубины воды в яме размыва

2.2 Разрезка водосливной плотины на секции. Определение числа пролетов и В_рисб за водосливом

2.3 Определение отметки гребня водослива

2.4 Расчет сопряжения бьефов при маневрировании затворами

2.5 Расчет гасителей энергии

2.6 Расчет водобойного колодца

2.7 Расчет устойчивости водобойной плиты

2.8 Конструирование рисбермы и концевого крепления

Глава III. Конструирование подземного контура и фильтрационные расчеты

3.1 Конструирование подземного контура

3.2 Определение фильтрационного противодавления

Глава IV. Статические расчеты секции водосливной плотины

4.1 Сбор действующих нагрузок

4.2 Расчет контактных напряжений

4.3 Расчет устойчивости плотины на сдвиг с учетом анкерного понура

Глава V. Гидравлический расчет пропуска строительных расходов

5.1 Схемы пропуска строительных расходов

5.2 Определение отметки банкета перекрытия при пропуске

строительных расходов

Список используемой литературы

Глава I. Условия района строительства

Для проектирования комплексного гидроузла получены исходные данные: план в створе плотины, геологический разрез по створу плотины, характеристики грунтов основания и берегов, кривая расхода, расчетные расходы воды, отметки и , толщина льда в водохранилище, характеристики ГЭС и шлюза.

Долина реки имеет несимметричный профиль. На правом берегу располагается пойма шириной приблизительно около 280м. Пойменная часть представляет собой отложения песка, мощность слоя составляет 10м. Берега состоят из суглинка. Так же и в основании по всей ширине геологического разреза залегает пласт суглинка.

Физико-технические характеристики грунтов основания.

Грунт	Удельный вес частиц грунта ,	Удельный вес сухого грунта,	Угол внутреннего трения, º	Удельное сцепление ,	Коэффициент фильтрации ,
Песок	27,3	21,2	36	-
Cуглинок	26,9	18,8	18	0,014

Расчетные расходы воды эксплуатационного периода ().

Поверочный	Расчетный	ГЭС	Минимальный
3000	2500	1250	250

Расчетные расходы воды строительного периода ().

Максимальный (весенний паводок в стр-ве)	При перекрытии русла (в период межени)
630	110

Отметка нормального подпорного уровня – ;

Отметка уровня мертвого объема – ;

Назначение гидроузла – энергетический;

Состав гидроузла – бетонная водосливная плотина, здание ГЭС, земляная плотина, шлюз ().

Класс сооружения по рекомендациям СНиП 2.06.01-86 – ;

Коэф. надежности по степени ответственности сооружения – .

Глава II . Гидравлические расчеты водосливной плотины

На этом этапе проектирования, уточняются размеры и конструкции водосливной плотины. Размеры и число отверстий принимают на основании сравнения технико-экономических показателей различных вариантов их выбора в зависимости от сбросного расхода воды основного расчетного случая, допустимого по геологическим условиям русла удельного расхода с учетом гидравлической работы других сооружений (ГЭС, шлюза).

2.1 Выбор удельного расхода на рисберме. Расчет глубины воды в яме размыва

Удельный расход, т.е. расход, проходящий через 1 м ширины водопропускного фронта сооружения, является важнейшей характеристикой пропускной способности сооружения, а выбор его значения во многом определяет конструкцию водопропускного сооружения, режимы сопряжения бьефов и как следствие, технико-экономические показатели всего гидроузла.

Изменяя удельный расход, можно получить различные варианты конструктивного решения водопропускного сооружения и крепления верхнего и нижнего бьефов. При этом увеличение удельного расхода ведет к уменьшению ширины водопропускного сооружения и снижению его стоимости, но к увеличению затрат на крепление нижнего бьефа и его заглублении в основание.

На предварительных стадиях проектирования для выбора оптимального значения удельного расхода в нижнем бьефе водосливных плотин можно воспользоваться следующим способом:

По допустимым скоростям на рисберме:

Задаемся допустимой средней скоростью на рисберме в зависимости от вида грунта, на котором располагается рисберма:

- для песчаных грунтов: ;

- для глинистых грунтов: .

Принимаем допускаемую не размывающую скорость , т.к. основание – супесь.

Принимаем отметку поверхности воды на рисберме, равной отметке поверхности воды в реке в естественных условиях. И по кривой находим отметку уровня воды в нижнем бьефе при расчетном расходе. Расчетный расход равен , отметка нижнего бьефа равна . Зная отметку дна реки , находим глубину потока на рисберме:

Определяем удельный расход:

После схода потока с бетонного крепления рисбермы происходит размыв русла – образуется яма размыва. Задаваясь глубиной, при которой произойдет стабилизация ямы размыва, можно определить соответствую-щую предельную величину удельного расхода:

где - неразмывающая скорость на дне ямы размыва;

- глубина воды в яме размыва;

- коэффициент, учитывающий неравномерности распределения удельно-го расхода по ширине водосливного фронта ().

В данном курсовом проекте глубина ямы размыва принимается равной:

где - коэффициент размывающей способности. Определяется из графики Кушина (1,05 – 1,1);

- диаметр частиц, меньше которых по кривой гранулометрического состава 50%.

В случаи связных грунтов, неразмывающая скорость зависит главным образом от удельного сцепления, коэффициента пористости и эквивалентного диаметра .

По таблице 4.4 эквивалентный диаметр для глинистых грунтов принимаю равный 10 мм.

Не выполняется условие, значит меняет значение q_рисб =25м² /с. Пересчитываю значения h_я.р. :

Определяем примерную ширину рисбермы плотины вдоль напорного фронта:

где - расчетный сбросной расход водослива.

2.2 Разрезка водосливной плотины на секции. Определение числа пролетов и В_рисб за водосливом

Необходимо определить требуемое количество водосливных пролетов, их ширину, а также разбить конструкцию водосливной плотины на секции и определить толщину быков. При этом общая конструкция должна примерно соответствовать требуемой ширине . Ширина рисбермы соответствует расстоянию между двумя устоями (крайние быки).

Рекомендуется проводить разрезку плотины осадочными швами по быкам. В этом случае в секцию входят и водосбросные пролеты и быки.

При наличии глинистых грунтов в основании чаще всего швом разрезается каждый бык. Толщину быков назначают в зависимости от ширины пролета, высота и типа затвора, а также от разрезки его осадоч-ным швом.

В данном курсовом проекте принимаю три секции с тремя пролетами по , разрезной бык – .

После определения количества пролетов, их ширины и назначения толщины быков необходимо проверить соответствие удельного расхода принятого ранее.

Откладываю на генплане канал шириной

где

2.3 Определение отметки гребня водослива

Необходимо определить отметку порога водослива, запроектировать профиль водослива и решить вопрос о размещении затворов. В курсовом проекте используем водослив практического профиля, т.к. это позволяет уменьшить стоимость гидромеханического оборудования, размещенном на водосливе.

При проектировании профиля водосливного порога необходимо предусмотреть возможность размещения затворов. В данной работе проектируем оголовок с двумя затворами: рабочим и аварийно-ремонтным.

Отметка порога водослива назначается такой, чтобы при создаваемом напоре на пороге был возможен пропуск расчетного паводка при .

Для простоты расчета, считаю для одного пролета. Для этого используем универсальную формулу расхода водослива:

где - коэффициент расхода водослива;

- ширина пролеты ();

- коэффициенты, учитывающие влияние на пропускную способность водослива соответственно бокового сжатия и влияния подтопления;

- напор на пороге водослива с учетом скорости подхода :

Для определения снижения коэффициента расхода за счет устройства горизонтальной вставки используем формулу:

где С - ширина вставки на водосливном пороге, включая горизонтальную вставку ()

Для вычисления коэффициента бокового сжатия используем формулу:

где - высота водослива;

- ширина потока до водослива.

Учет подтопления во-дослива практического про-филя производится, если отметка его порога окажется ниже уровня нижнего бьефа. Для определения используем таблицы, которые дают связь с отношением ( - глубина полтопления водослива).

Определяем скорость подхода воды к водосливу:

где - площадь поперечного сечения водохранилища в створе гидроузла.

Напор на водосливе и отметку гребня водослива находим последовательными приближениями.

1-е приближение: , ,

2-е приближение:

, т.к

3-е приближение:

Принимаем , , .

Очертание водослива практического профиля строится по известным координатам Кригера – Офицерова. Внизу водосливная поверхность плотины плавно сопрягается с горизонтальной поверхностью крепления нижнего бьефа цилиндрической поверхностью радиусом .

Координаты для построения оголовка безвакуумного водослива с оголовком профиля А для напора и с учетом горизонтальной вставки :

H=1м		H=6.1
Х,м	У,м	Х,м	У,м
0	0,126	0,00	0.769
0,2	0,007	1.22	0.043
0,3	0	1.83	0,00
0,4	0,006	3,94	0.037
0,6	0,06	5,16	0.366
0,8	0,146	6,38	0.891
1	0,256	7,6	1.562
1,2	0,394	8,82	2.403
1,4	0,564	10,04	3.44
1,6	0,764	11,26	4,66
1,8	0,987	12,48	6,02
2	1,235	13,7	7,53
2,2	1,508	14,92	9,2
2,4	1,894	16,14	11,55

Для , принимаем .

2.4 Расчет сопряжения бьефов при маневрировании затворами

После возведения гидроузла нарушаются естественные условия прохождения паводков: они пропускаются через водопропускные сооружения, суммарная ширина которых обычно меньше ширины потока в русле реки, со скоростями значительно большими, чем скорость течения воды в естественных условиях.

Гашение энергии в основном происходит за счет турбулизации потока при образовании вихрей, соударении струй, при динамическом воздействии на препятствия и перемещения частиц грунта русла реки при процессах эрозии (размыва). Значительные потери энергии сбросного потока происходят в водоворотных зонах и, в частности, в гидравлическом прыжке, который является эффективным гасителем кинетической энергии, при этом часть энергии расходуется на колебания крепления, основания и на образование волн.

Условия работы крепления нижнего бьефа, предназначенного для защиты русла реки от размыва сбросным потоком на участке гашения его избыточной кинетической энергии, зависят в значительной мере от режима (вида) сопряжения потока с водной массой в нижнем бьефе.

Наиболее эффективное гашение энергии происходит при донном режиме сопряжения бьефов на участке донного гидравлического прыжка.

В ходе расчета выявляется, в каком случае возникает наиболее опасный случай сопряжения бьефов при маневрировании затворами.

Рассмотрим случаи:

1. центральный затвор открыт на ;

2. все затворы открыты на ;

3. центральный затвор открыт на ;

4. все затворы открыты на ;

5. центральный затвор открыт полностью;

6. все затворы открыты полностью ;

7. поверочный

Для каждого из расчетных случаев следует определить, затоплен или отогнан прыжок. При этом необходимо учитывать влияние на положение прыжка пространственного растекания.

Условие затопления гидравличес-кого прыжка: