УБ отличается от обычного бетона главным образом своей консистенцией. Для эффективного уплотнения УБ должен быть достаточно сухим, чтобы выдержать вес виброкатков, и в то же время достаточно влажным, чтобы обеспечить полное распределение цементного раствора в смеси в процессе перемешивания и виброукатки. УБ значительно отличается и по внешнему виду от обычного бетона, скорее напоминая гравийную насыпь, так как присутствие в нем цементного раствора почти незаметно. Для достижения максимального уплотнения требуется намного большее вибрационное усилие, чем для обычного бетона.
УБ представляет собой особо жесткую бетонную смесь с пониженным содержанием цемента (30-50%) и повышенным содержанием (50-70%) пуццоланы (золы-уноса), уплотняемую виброкатками. Под понятием укатанный бетон подразумевается определение УБ как конструкционного материала, так и технологии производства работ при его использовании.
Малое содержание цемента в УБ (в среднем 50-80 кг/м3 ) резко снижает температурные напряжения в плотине, что позволяет полностью отказаться от мероприятий по регулированию температурного режима и снять все ограничения по интенсивности укладки УБ. Все это, а также максимальная механизация всех строительных процессов, снижение трудоемкости строительства обеспечивают резкое снижение стоимости и сроков строительства.
Согласно классификации УБ в зависимости от содержания вяжущих (цемент + пуццоланы) УБ бывает 3-х типов: 1 - тощий УБ с низким содержанием вяжущих (65-99 кг/м3 ); 2 - умеренно-пластичный УБ со средним содержанием вяжущих (100-149 кг/м3 ); 3 - пластичный УБ с высоким расходом вяжущих (150-300 кг/м3 ). Отдельно выделен УБ-4 плотин Японии с содержанием вяжущих (120-130 кг/м3 ), но при более высоком расходе цемента и низком расходе золы-уноса и с более высокой прочностью на сжатие и сдвиг чем УБ-1, 2 и 3.
Подробно вопросы проектирования и строительства плотин из УБ изложены в пособии Ляпичева Ю.П. [1], в котором приведены также многочисленные справочные данные по УБ.
Широкое строительство плотин из УБ объясняется тем, что использование УБ имеет ряд существенных преимуществ, а именно:
УБ, при прочности на сжатие 10 - 15 МПа, отличаются низким тепловыделением и малой усадкой. Это открывает возможность укладки УБ часто по всей длине и ширине плотины, не прибегая к дорогостоящим мерам по регулированию температурного режима УБ. Высокая ранняя прочность УБ в силу его жесткой структуры обеспечивает возможность перемещения по нему машин сразу после укладки и укатки. Таким образом, по сравнению с обычным бетоном УБ является более экономичным и технологичным материалом.
Благодаря простоте технологии и сокращению до минимума операций по опалубке, подготовке блоков к бетонированию, терморегулированию и т.п., резко сокращаются продолжительность подготовительного периода и строительства в целом.
Послойная технология возведения обуславливает наличие многочисленных горизонтальных швов; физико-механические параметры укатанного бетона и межслойных швов накладывают существенный отпечаток практически на все конструктивные элементы тела плотины и его сопряжения с основанием.
В практике современного плотиностроения разработано много конструкций плотин из УБ, при этом водонепроницаемость напорной грани обеспечивается 3 основными типами:
I - напорная грань защищена слоем обычного вибрированного бетона;
II- та же грань защищена слоем УБ-3, обогащенного цементом и затем вибрируемым [1] ;
III - та же грань защищена двухслойной (1-й слой - экран из ПВХ, 2-й - дренаж) пленкой CARPI (Швейцария), устанавливаемой после окончания укладки УБ в плотину.
Наиболее надежным решением, обеспечивающим такой же низкий коэффициент фильтрации УБ, как и обычного бетона (10-9 - 10-10 см/с), является способ II, разработанный и широко применяемый при строительстве самых крупных плотин из УБ в Китае. В Латинской Америке (в Колумбии, Бразилии и др.) широкое применение нашел способ III, который также успешно применяется для гидроизоляции напорных граней старых бетонных плотин в Европе.
3.2. Современные тенденции в проектировании плотин из укатанного бетона
Современные гравитационные плотины из УБ высотой 100 м и более на скальном основании с вертикальной напорной гранью требуют заложения низового откоса 0,8-0,95 при сейсмичности 8-9 баллов. Другим недостатком этих плотин традиционного профиля является затрудненность или невозможность их строительства на слабых полускальных и грунтовых основаниях, что подтверждает последний Бюллетень СИГБ № 117 от 2000 г. [1].
Эти ограничения обычных гравитационных плотин из УБ могут быть преодолены путем перехода на симметричный треугольный профиль плотины из особо тощего УБ (расход цемента до 50-70 кг/м3 ), без обработки швов УБ и с устройством на верховом откосе железобетонного экрана после возведения плотины [4]. Сейчас уже построены 3 подобные плотины высотой 25-30 м в Греции и Доминиканской республике и начато строительство двух плотин высотой 100 м в Турции и Греции (рис.1.1).
Рис.1.3 Плотина симметричного профиля высотой 100 м из особо тощего УБ с железобетонным экраном (предложение П. Лонде)
3.3 Определение отметки гребня плотины из укатанного бетона
Отметку гребня плотины следует назначать на основе расчета возвышения гребня (hs
)
над расчетным уровнем воды. Отметку гребня плотины (
Гр) следует определять для двух случаев стояния уровня воды в верхнем бьефе (ВБ):
а) при нормальном подпорном уровне (НПУ), соответствующем пропуску максимального паводка, входящего в основное сочетание нагрузок и воздействий:
Гр = НПУ + hs
=1180+1,8=1181,8
(6.1)
б) при форсированном подпорном уровне (ФПУ), при пропуске максимального паводка, относимого к особым сочетаниям нагрузок и воздействий:
Гр = ФПУ + hs
= 1190+1,8 = 1191,8(6.2)
Из двух полученных результатов расчета выбирают более высокую отметку гребня плотины.
Возвышение гребня плотины hs , в обоих случаях (Рис.6.4) определяется по формуле:
hs = Dhset + hrun 1% + a =0,008+1,30+0,5=1,8 ( 6.3)
где Dhset - ветровой нагон воды в ВБ;
hrun 1% - высота наката ветровых волн обеспеченностью 1%;
а - запас возвышения гребня плотины.
Рис. 1.4. Схема определения отметки гребня грунтовой плотины: а) без парапета; б) с парапетом; 1 - расчетный уровень при НПУ и ФПУ; 2 - парапет: 3 - объем экономии грунта.
При определении первых двух слагаемых формулы (6.3) следует принимать обеспеченности скорости ветра для расчета элементов волн, наката и нагона при основном сочетании нагрузок и воздействий (при НПУ) по СНиП 2.06.04-82*: для плотин I, II класса - 2% и III, IV класса - 4%. При особом сочетании нагрузок и воздействий (при ФПУ) эти обеспеченности следует принимать для сооружений I - II классов 20%, для III класса - 30%, для IV класса - 50%. Запас а для всех классов плотин принимают не менее 0,5 м.
При определении высоты наката волн на гидросооружения обеспеченность волн в этой системе принимают равной 1%.
В сейсмических районах к hs прибавляют высоту гравитационной волны
hg
=
0,4 + 0,76 (
J
-6)
= 0,4 + 0,76 (8,5-6) =2,3
НПУ + hg
=1180+2,3=1182,3
где J - интенсивность землетрясения (J = 8,5 баллов)
Отметку гребня плотины принимают с учетом строительного подъема, назначаемого сверх определенного по формуле (3-3) возвышения hs . Величину строительного подъема определяют по расчетной строительной осадке гребня.
При наличии на гребне плотины сплошного парапета, рассчитанного на воздействие волн, возвышение его верха над уровнем ВБ следует принимать не ниже значений, полученных, по формуле (3-3). Возвышение гребня плотины в этом случае назначают на 0,3 м над НПУ или на отметке ФПУ, причем принимают наибольшую из них. Парапет уменьшает объем насыпи (Рис.6.4, б ),но появляются затраты на железобетон парапета.
Высота ветрового нагона определяется по формуле:
Dhset = Kw Vw 2 L cos aw / gH ,= 252 х0,0000025х3000хcos (0) /9,81х60=0,008 м (6.4)
где aw - угол между направлением господствующего (расчетного) ветра и продольной осью водохранилища, град.; L - длина разгона волны по направлению господствующих ветров, м; Vw - расчетная скорость ветра на высоте 10 м над НПУ, м/с; H - условная расчетная глубина воды в водохранилище, м; g = 9,81 м/с2 ; K - безразмерный коэффициент, зависящий от скорости ветра Vw по формуле:
K = 3 (1+0,3 Vw ) 107 =25,5х107 =0,00000255 ( 6.5)
При определении элементов ветровых волн водоемы делят на отдельные зоны. В ВБ обычно имеют место глубоководная зона
(
), где дно не влияет на основные характеристики волн, или мелководная зона (
), в которой дно оказывает влияние на развитие волн и их основные характеристики (H
1
- расчетная глубина воды; 
- средняя длина волны в глубоководной зоне; Нкр
-
критическая глубина воды, при которой происходит первое обрушение волн).
Высоту наката на откос волн обеспеченностью 1% по накату (hrun
1%
,
м) для волн 1% обеспеченности (h
1%
) при глубине воды перед сооружением H
1
2
h
1%
определяют по формуле:
=1х0,9х1,4х1,7х1,6х0,38=1,30 (6.6)
где значения высоты бегущей волны обеспеченностью 1% (h 1% ) и коэффициентов К r , К p , Ksp и Krun определяются либо по номограммам и таблицам СНиП 2.06.04-82* [2] с погрешностью до 10%, либо точнее по нижеследующим зависимостям, полученным на основе обработки этих номограмм и таблиц. Это позволяет избежать ошибок при интерполяции данных номограмм и таблиц и проанализировать влияние отдельных факторов на высоту наката.
Для нахождения высоты волны обеспеченностью 1% (h
1%
) следует знать среднюю высоту 
, средний период Т
и среднюю длину волн 
в глубоководной или мелководной зоне.
В глубоководной зоне указанные параметры волн находятся по следующим новым расчетным зависимостям:
средняя высота волны. (hd , м)
(6.7)
где 
находится по зависимости:
(6.8)
в которой параметр А равен меньшему значению из величин (L / Vw ) или (0,5 t ); Vw - расчетная скорость ветра, м/с; g - ускорение свободного падения, м/с2 ; L - расчетная длина разгона волн, м; t - продолжительность действия ветра, принимаемая для предварительных расчетов t = 21600 с.
средний период волны (Т , с)
(6.9)
где 
= 
(6.10)
средняя длина волны (
,
м)
(6.11)
В расчетах устойчивостии прочности креплений откосов из бетонных плит и каменной наброски расчетная обеспеченность i % высоты волн равна, соответственно, 1 и 2%, а при определении наката волн i = 1%.
Высота волны 1% обеспеченности в глубоководной зоне равна:
(6.12)
где К i - коэффициент, определяемый по следующей формуле:
(6.13)
в которой i - принятая обеспеченность,%; L - длина разгона волны, м; а - показатель степени равный:
приi
1 а
= 0,14 (1 + 0,01i
); (6.14)
приi <1 a =0,14i 0.25; (6.15)
Высота волны 1% обеспеченности в глубоководной зоне (hd 1% ) будет равна:
(6.16)
где K 1% находится по формулам (6.13 - 6.16) при i = l, т.е.
(6.17)
В формуле (6.17) К r и К p - коэффициенты шероховатости и проницаемости откоса, зависящие от типа крепления, могут быть определены по следующим зависимостям:
(6.18)
где r
- средний размер шероховатости, м (средняя крупность материала крепления или средний размер бетонных блоков). В формуле (6.18) при значениях r
/
hd
1%
0,002 и r
/
hd
1%
0,2, соответственно, следует принимать К
r
= 1 и К
p
= 0,9.
К p = ( 0,9 - r / hd 1% ) К r (6.19)
в которой при значениях выражения (0,9-r / hd 1% ) <0,7 следует принимать (0,9 - r / hd 1% ) = 0,7; К r - определяется по (6.18).
Коэффициент К sp в формуле (3-6), зависящий от расчетной скорости ветра и крутизны верхового откоса, может быть определен по формуле (6.20):
К sp =0,11 [0,15 - Vw (l+0,4m 1 ) - 0,6m 1 + 8, 5] =
0,11 [0,15х25 (1+0,4х0,7) - 0,6х0,7+8,5] =1,4
в которую при скорости ветра V
w
>20 м/с и V
w
<10 м/с следует подставлять, соответственно V
w
=20 м/с и V
w
=10 м/с, а при заложениях верхового откоса m
1
>5 величину К
sp
=1,6 для значений V
w
>20 м/c и Ksp
=1,2 для значений V
w
<10 м/с. Коэффициент пологости волны Krun
в формуле (6.6) зависит от крутизны (заложения m
1
) верхового откоса и может быть определен при глубине воды перед сооружением H1
2 hd
1%
по следующим зависимостям: при m
1
1,5
Krun
= l,25 + lg
(l + 6
) = 1,25 + lg
(l + 6
) =1,7 (6.21)
при m 1 >1,5
(6.22)
При глубине воды перед сооружением H 1 <2 hd 1% и при значениях m 1 >l,5 вместо формулы (3-22) действует формула:
(6.23)
Полученные по формулам (6.22) и (6.23) значения Krun
следует ограничивать величиной Krun
2,6 - 2,7. Коэффициент Kβ
в формуле (3-6), учитывающий угол β
подхода фронта волны к плотине (угол β
можно принять равным углу α
w
между продольной осью водохранилища и направлением ветра, β
=α
w
), определяется по зависимости:
= (1+901,8
2х10-4
) - 1
=1,6 (6.24)
где β =90 - угол подхода фронта волны, град. Высота наката на откос волн, произвольной обеспеченности i ,% по накату определяется по формуле:
(6.25)
где Кн i - коэффициент, учитывающий обеспеченность по накату, значения которого определяют по формуле:
(6.26)
в которой i - заданная обеспеченность по накату,%.
В случае мелководной зоны
(H
1
) для определения высоты наката волны пользуются формулой (6.6), а высоту и длину волны корректируют по зависимостям:
(6.27)
(6.28)
где 
и 
- средние значения высоты и длины волны;
и 
- коэффициенты, определяемые по формулам:
= 1,06 { [2-H
1
/] H
1
/] }0,38
(6.29)
= { [2,15 - H
1
/] H
1
/}0,42
(6.30)
3.4 Гидравлический расчет водосбросного сооружения
Расчет водосливного фронта плотины и напора на плотине
Дано: Q = 
, 
= 100 м
Определение напора на гребне без учета бокового сжатия:
где m = 0,48- коэффициент для регулируемой плотины
Задаем ширину отверстий: 
Ширина одного бычка:
Количество отверстий:
Число бычков:
n б= n отв - 1 =5 - 1 =4 бычка
Уточним окончательную ширину фронта:
Форма бычка: ξ=0,95 (ξ - коэффициент бокового сжатия плотины);
Эффективная ширина фронта водослива с учетом бокового сжатия в первом приближении:
принимаем 96 м
Уточняем напор на гребне:
Определение скорости воды на подходе:
где: 
Расчетный напор на гребне:
- коэффициент кинетической энергии
Определение удельного расхода
Определим глубину воды в сжатом сечении в первом приближении:
принимаем 
Во втором приближении:
В третьем приближении:
Принимаю 
Прогноз местных размывов
Основными параметрами, характеризующими местный размыв, являются его глубина и форма, которые зависят от типа сооружения, кинематических характеристик потока в конце крепления, особенностей грунта и соотношения между шириной водосливного фронта и шириной русла.
Задачами прогноза местных размывов являются определение максимальной глубины размыва, ширины, длины и заложения откосов воронки размыва.
Донный режим сопряжения бьефов - основной гидравлический режим сопряжения бьефов, который наблюдается при устойчивом нахождении струи у дна и характеризуется значительными и медленно затухающими по длине донными скоростями (это недостаток режима), а также вращением в вальце гидравлического прыжка плавающих тел. Режим является наиболее распространённым и часто реализуемой схемой гашения энергии. Транзитная струя может быть не затоплена (незатопленный или
29-04-2015, 00:35