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

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)· +В_гр +В_бер +( 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;

В_гр – ширина гребня, м;

В_бер – 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:

L_пр. = 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:

q_ф = К_ф · h₁ = 20 · 0,1 = 2 м³ /сут/м (4.20)

где К_ф – коэффициент фильтрации грунта тела плотины,

К_ф = 20 м/сут.

Полный фильтрационный расход будет:

Q_ф = q_ф ·L_пл = 0,5·2·199 = 199 м³ /сут (4.21)

где L_пл – 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:

h_пр = h_сух + · h_мок (4.22)

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

h_мок - 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 h_пр · и h_пр · , 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 h_мок · В, м² (4.26)

Определяем радиусы r₁ и r₂ и уклоны зон i₁ и i₂

Коэффициент устойчивости низового откоса определяется по формуле:

К_уст = ≥ (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:

К_ср = = = 1,62 > 1,1

Низовой откос устойчив, так как К_ср > 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 d_у =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:

d_а/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.

d_а/ц = 1,13 = 0,253 м

Принимаем d = 300 мм.

Потери напора по длине асбестоцементного трубопровода:

h_l = АlQ² (5.2)

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

l – длина трубопровода, l = 141 м

h_l = 2,03 · 141 · 0,1² = 2,86 м

Местные потери:

h_м = 0,1h_l = 0,1 · 2,86 = 0,286 м (5.3)

Определяем диаметр стальных труб.

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

d_ст = 1,13 = 1,13 = 0,292 м

Принимаем d = 325 мм.

Потери по длине:

h_l = АlQ²

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

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

h_l = 0,6187 · 333 · 0,1² = 2,06 м

Местные потери:

h_м = 0,1h_l = 0,1 · 2,06 = 0,206 м

Определяем напор в наполняющем трубопроводе по формуле:

Н = Н_геод. + Σh_l + Σh_м + h_св. (5.4)

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

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

Σh_м – тоже для местных потерь;

h_св. – свободный напор, h_св. = 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)

где λ – коэффициент трения для стальных труб;

l – длина трубы водовыпуска, м; l = 145 м.

Определяем напор перед водовыпуском:

Н = УМО - ОСИ трубы на выходе = 59,10 – 51,07 = 8,03 м (6.8)

Подставив полученные данные в формулу 6.1, получим пропускную способность водовыпуска:

Q = 0,3 × 0,07 × 4,43 = 0,26 м³ /с

При принятом диаметре d = 0,3 м, получена пропускная способность Q = 0,26 м³ /с . Этого расхода достаточно для орошения 113 га орошаемых земель.

6.3 Расчет пруда на опорожнение

Расчет пруда на опорожнение сводится к определению времени опорожнения пруда при выпуске из него воды.

Уровни воды берем через 1,0 м от отметки НПУ = 74,5 до отметки оси трубы на входе = 52,00 м.

Объем пруда при различных уровнях берем по топографической характеристике чаши пруда, пользуясь кривой объемов W = f(Н)

(Приложение А).

Объем сливной призмы определяем как разность между двумя соседними объемами. Средние уровни – среднее арифметическое между двумя соседними уровнями. Напор вычисляем как разность между средним уровнем и отметкой оси трубы на входе.

Расход определяем по формуле 6.1 в м³ /с и переводим его в тыс. м³ /сут. Время опорожнения находим делением объема сливной призмы в тыс. м³ на расход в тыс. м³ /сут.

Результаты сводим в таблицу 6.1

Таблица 6.1 – Расчет на опорожнение.

Поскольку в нормальных условиях эксплуатации пруд должен опорожняться слоями не больше 0,2 м/сут., фактический срок опорожнения составит 63,9 суток.

7 ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА РАБОТ ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ ГИДРОУЗЛА. ОБЪЕМЫ РАБОТ

Возведению любых гидротехнических сооружений предшествуют работы по переноса проекта в натуру. Он состоит в закреплении на местности отдельных точек сооружения, определяющих его основные осевые лини в соответствии с положением их на генплане.

После переноса проекта в натуру приступают к подготовке основания плотины и ложа пруда.

Первой операцией строительства является снятие растительного слоя грунта с основания плотины, пруда и карьера. Толщина снятия растительного слоя колеблется от 0,2 м по бортам до 1,4 м в тальвеге, где удаляют илистые грунты с малым удельным сцеплением. Срезка растительного грунта ведется бульдозером Д-192 с перемещением 30-70 м. Часть растительного грунта в объеме, необходимом для крепления низового откоса, остается во временном отвале со стороны нижнего бьефа плотины. Остальной грунт грузиться на самосвалы и перемещается во временные отвалы выше зоны НПУ.

Разработка грунта в траншее под замок производится:

1. На правом крутом склоне экскаватором прямая лопата с емкостью ковша 0,65 м³ с погрузкой на автотранспорт и возкой в ядро плотины.

2. Экскаватором - драглайн емкостью 0,8 м³ с выбросом грунта на бровку котлована с перемещением бульдозером на расстоянии от 10 до 30 м, в пригрузочные призмы и ядро плотины.

Разработка грунта в замке производится с оставлением по периметру защитного слоя 30 см, который дорабатывается перед забивкой замка. Доработка защитного слоя производится в днище бульдозером с выбросом экскаватором – драглайн емкостью 0,8 м³ на бровку, на откосах – экскаватором – драглайн.

Укладка грунта в тело плотины и замок ведется с послойным уплотнением слоя 20-30 см при оптимальной влажности. Если грунт, завезенный из карьера, обладает влажностью выше оптимальной, его подсушивают на месте укладки после разравнивания путем выветривания и естественного испарения.

Строительство ведется в весенне-летний период. Чтобы уложенный грунт не переувлажнялся атмосферными осадками, уплотнение производится немедленно.

Наращивание плотины производится по всему профилю плотины. Уплотнение грунтов в замке и теле плотины производиться по всему профилю. Уплотнение грунтов в замке и теле плотины производится кулачными катками Д-220 за 12-18 проходов, в местах сопряжения ядра с бортами дополнительно уплотняют грунт пневмотрамбовками.

Верховой откос плотины подлежит креплению железобетонными плитами. Для обеспечения проектной плотности грунта, откос отсыпается с уширением на 30-40 см по сравнению с проектными габаритами. Неуплотненный грунт снимается с откосов бульдозером и укладывается в тело плотины. Планировка гребня, берм, откосов производится бульдозером. Монтаж сборных железобетонных плит производится гусеничным краном МУК-25. Плиты омоноличиваются в карты. Низовой откос крепиться посевом многолетних трав по


29-04-2015, 00:42