Водохранилищный гидроузел с грунтовой плотиной

К_НJ – коэффициент вероятности превышения. Для 1% вероятности превышения К_НJ = 1;

К_НГ – коэффициент, зависящий от заложения верхового откоса и параметров ветровой волны. Принимается по графику 

Для вычисления h_1% необходимо выполнить следующие операции:

1. Вычисляем безразмерные комплексы: 

                        а = gt/W и b = gD/W²     (7) 

      где  t – продолжительность действия ветра в секундах. Принимаем

            равным 21600 секунд.

            W – скорость ветра, м/с.

            D – длина разгона волны, м.

Расчет ведется  для двух случаев 
 
 
 
 
 
 
 

     НПУ         ФПУ

а₁ = 9,8×21600/18,2 =11 642,6   а₂ = 9,8×21600/12,2 = 17 368,5         

b₁ = 9,8×3200/18,2² = 94,77             b₂ = 9,8×3500/12,2² = 230,68 

2. По графику для  каждого из найденных  комплексов определяем  значения относительных параметров: 

                        c = g×t/W и n = g×ħ/W²    (8) 

      где  t - средний период волны, с^-1;  

    ħ – средняя высота волны, м. 

     НПУ         ФПУ

С_a1 =4,0                С_a2 = 4,5

С_b1 =  1,5                 С_b2 = 1,9

n_a1 = 0,095      n_a2 = 0,095

n_b1 = 0,017      n_b1 = 0,025 

3. Из найденных двух пар значений параметров принимаем за расчетные – наименьшие. 

     НПУ         ФПУ

С_min = 1,5      С_min = 1,9

n_min = 0,017      n_min = 0,025 

4. Определяем среднюю  высоту волны ħ и средний период волны t. 

     НПУ         ФПУ

t = W×C_min/g = 18,2×1,5/9,8 = 2,79 с^-1     t = W×C_min/g = 12,2×1,9/9,8 = 2,37 с^-1

ħ = n_min×W²/g = 0,017×18,2²/9,8 = 0,57 м  ħ = n_min×W²/g =0,025×12,2²/9,8 =0,38 м 

5. Определяем среднюю длину волны l. 

                              l = g×t²/(2p) , м      (9) 
 
 

     НПУ         ФПУ

l = 9,8×2,79²/(2×3,14) = 12,15 м  l = 9,8×2,37²/(2×3,14) = 8,77 м 

6. Определяем высоту 1% вероятности превышения.

 

                              h_1% = ħ×K_i , м     (10) 

      где K_i – коэффициент устанавливаемый по графику при 1%

  вероятности превышения в зависимости от значения

  безразмерного комплекса b. 

     НПУ         ФПУ

K_i = 2,08           K_i = 2,1

h_1% = 0,57×2,08 = 1,19 м.    h_1% = 0,38×2,1 = 0,8 м. 

К_НГ - коэффициент, зависящий от заложения верхового откоса и параметров ветровой волны. Принимаем по графику.

Для НПУ λ/h_1%=12,15/1,19=10,21, тогда К_НГ=1,3

Для ФПУ λ/h_1%=8,77/0,8=10,96, тогда К_НГ=1,3 

      По  формуле (6) находим:

     НПУ         ФПУ

h_н = 1,19∙1∙0,9∙1,3∙1∙1∙1,3=1,81 м  h_н =0,8∙1∙0,9∙1,3∙1∙1∙1,3=1,22 м 

      По  формуле (4) находим:

     НПУ         ФПУ

d = 1,81 +0,012 + 0,528 = 2,35 м  d = 1,22 +0,01 + 0,528 = 1,758 м 

      По  формуле (3) находим:

     НПУ         ФПУ

ÑГП = 158,20 + 2,35 = 160,55 м    ÑГП = 158,47 + 1,758 = 160,288 м

      Так как отметка гребня плотины при НПУ получилась больше чем при ФПУ, то в качестве расчетной отметки гребня плотины будет:

ÑГП = 160,55 м.

     Высота  плотины при расчетной отметке  гребня плотины равна:

H_ПЛ = ÑГП - ÑДна = 160,55 – 147,62 = 12,93 м.

  3.1.5 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 следующих основных видов:

 - железобетонными плитами по слою

       песчано-гравийной обработки

       толщиной 10-15 см;

      - каменной наброской.

Крепление верхового откоса делаем из сборных железобетонных плит, имеющих размеры:

      - Ширина плиты B = 2,5 м.

      - толщина плиты d, которую

рассчитывают по следующей формуле 11.

Плиты объединяем в карты размером 5х5 м путем  омоноличивания швов. 

                  d_пл = , м   (11) 

      где  h_пл – коэффициент принимаемый 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. Равен 1 т/м³;

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

Подставляем все значения в формулу (11) и получаем:

      d_пл = = 0,025 м.

По полученному  результату подбираем плиты для крепления верхового откоса толщиной в 10 см. Под плитами расположен слой песчано-гравийной обработки толщиной 20 см. Крепление железобетонными плитами начинается от гребня плотины, а нижняя граница крепления определяется двумя способами:

     - первый способ.

           ÑНК = ÑУМО – 1,5t = 152,20 – 1,5×1,30 = 150,25 м.

     где t – толщина льда в водохранилище. Равна - 1,30 м.

     - второй способ.

           ÑНК = ÑУМО – 2h = 152,20 - 2×0,38 = 151,44 м.

     где h – высота волны, равна 0,38 м.

      Так как  разница  между отметкой нижней границы крепления и дном реки не превышает 3 метров, то облегченное крепление не предусматриваем и ÑНК = ÑДна = 147,62 м. 

     В нижней части крепления

железобетонными плитами устраиваем

упор в  виде бетонного массива. 

     Для крепления низового откоса

используется  растительный грунт, снятый из основания плотины. Толщина покрытия – 20 см. Также производится посев многолетних трав.

      Так как высота плотины составляет 12,93 м, то бермы не предусматриваются. 

      3.1.6 Дренажи и обратные фильтры 

      Дренаж – это устройство для приема воды и ее организованного отвода профильтровавшейся через тело и основание плотины и обладающее повышенной водопроводимостью. Также дренаж предназначен для предотвращения выхода фильтрационного потока на низовой откос и в зону, подверженную промерзанию.

 Устраиваем  русловой и пойменный дренаж. Так как на территории строительства плотины имеется галечниковый грунт с К_ф = 970 м/сут, то дренаж выполняем в виде призмы из каменной наброски.

Принимаем: m₃ = 1,5 и m₄ = m₂ = 2  
 
 

 Отметка  гребня дренажной призмы определяется по формуле: 

                    ÑГДП = ÑУНБ + 0,5 , м     (12) 

      где ÑУНБ – отметка воды в нижнем бьефе, м.

Для определения ÑУНБ используем график зависимости расхода от уровня Q = ¦(H). При Q_5% = 27,0 м³/с получаем ÑУНБ = 148,3 м.

      Тогда по формуле (12) получим:

ÑГДП = 148,3 + 0,5 = 148,80 м.

      Высота  дренажной призмы равна: