9942
.pdfМинистерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
А.Н. Ежков, И.С. Соболь, Е.Н. Горохов
Речной гидроузел
Часть 2 Проектирование бетонной водосливной плотины
Учебно-методическое пособие
по выполнению курсового проекта по дисциплине «Сооружения речных гидроузлов» для обучающихся по направлению подготовки 08.03.01 Строительство,
профиль Строительство инженерных, гидротехнических и природоохранных сооружений
Нижний Новгород ННГАСУ
2016
2
УДК 627.671
Ежков А.Н. Речной гидроузел. Часть 2. Проектирование бетонной водосливной плотины [Электронный ресурс]: учеб. - метод. пос. / А.Н. Ежков, И.С. Соболь, Е.Н. Горохов; Нижегор. гос. архитектур. - строит. ун - т – Н. Новгород: ННГАСУ, 2016. – 82 с; ил. 1 электрон. опт. диск
(CD-R)
Изложены порядок проектирования, состав и методы расчета бетонной водосливной плотины на нескальном основании и сопрягающего устоя. Приводятся необходимые справочные материалы для проектирования.
Методические указания предназначены обучающимся в ННГАСУ для выполнения курсового проекта по направлению подготовки 08.03.01 Строительство, профиль Строительство инженерных, гидротехнических и природоохранных сооружений.
© А.Н. Ежков, И. С. Соболь, Е.Н. Горохов, 2016
© ННГАСУ, 2016.
3
СОДЕРЖАНИЕ
стр.
ВВЕДЕНИЕ…………………………………….………………………. 5
1.ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ………………. 7
2.ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ВОДОСЛИВНОЙ ПЛОТИНЫ…... 9
2.1. Определение расчѐтного расхода…………………………… |
9 |
2.2. Определение размеров водосливных отверстий…………… |
11 |
2.3. Поверочный расчет водослива на пропуск льда………….. |
16 |
2.4. Очертание профиля водослива……………………………… |
16 |
2.5. Выбор основного гидромеханического оборудования…….. |
17 |
2.6. Расчет сопряжения бьефов…………………………………… |
20 |
2.7.Определение размеров водобоя и рисбермы……………….. 27
3.КОНСТРУИРОВАНИЕ ПЛОТИНЫ………………………………… 30
4.НАЗНАЧЕНИЕ КЛАССА ПЛОТИНЫ…………………………...…. 35
5.ФИЛЬТРАЦИОННЫЙ РАСЧЕТ ПЛОТИНЫ………………………. 36
5.1.Выбор схемы и основных размеров элементов подземного
контура………………………………………………………….. 36 5.2. Фильтрационный расчет подземного контура плотины…… 37
5.2.1.Схема с висячим шпунтом и понуром……………….. 37
5.2.2.Схема со шпунтом, добитым до скального
водоупора……………………………………………….. 41
5.2.3. Схема со шпунтом, добитым до глинистого |
|
водоупора………………………………………………. |
44 |
5.3. Расчет фильтрационной прочности основания……………. |
46 |
5.4.Фильтрационный расход в основании………………………. 48
6.СТАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПЛОТИНЫ……………………………... 49
6.1.Предпосылки к статическому расчету……………………….. 49
4
6.2. Сбор нагрузок, действующих на расчетную секцию плотины……………………………………………………….. 50
6.3.Расчет устойчивости плотины против сдвига……………….. 56
6.4.Проверка несущей способности основания………………….. 58
7.РАСЧЕТ СОПРЯГАЮЩЕГО УСТОЯ………………………………. 60
7.1. Выбор схемы устоя…………………………………………… |
60 |
7.2. Фильтрационный расчет устоя………………….…………… |
61 |
7.3. Статический расчет устоя……………………………………. |
61 |
7.3.1. Сбор нагрузок, действующих на устой……………… |
61 |
7.3.2. Расчет устоя против сдвига…………………………… |
66 |
7.3.3. Проверка несущей способности основания…….…… |
66 |
8.КОМПОНОВКА РЕЧНЫХ ГИДРОУЗЛОВ С ВОДОСЛИВНЫМИ ПЛОТИНАМИ…………………………...…. 68
9.ОБЪЕМЫ РАБОТ…………………………………………………….. 69
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.………………… |
71 |
Приложение А. К гидравлическому расчету водосливной |
|
плотины…………………………………………… 74 |
|
Приложение Б. Назначение класса бетонной плотины…………. |
76 |
Приложение В. К фильтрационному расчету водосливной плотины…………………………………………… 77
Приложение Г. К статическому расчету водосливной плотины…………………………………………… 78
Приложение Д. Пример оформления чертежа………………….. 81
5
ВВЕДЕНИЕ
Рабочей программой дисциплины «Сооружения речных гидро-
узлов», направления подготовки 08.03.01 Строительство с профилем специальных дисциплин «Строительство инженерных, гидротехнических и природоохранных сооружений» предусмотрено выполнение курсового проекта «Речной гидроузел». Курсовой проект состоит из двух частей:
часть 1 «Плотина из грунтовых материалов» и часть 2 «Бетонная водо-
сливная плотина».
В настоящих указаниях изложена методика, приведены необходи-
мые справочные и нормативные данные для выполнения части 2 курсово-
го проекта «Бетонная водосливная плотина».
В соответствии с указаниями п. 4.1 СП 40.13330.2012 [2] бетонная водосливная плотина относится к основному типу водосбросных плотин на нескальном основании.
Во второй части курсового проекта «Бетонная водосливная плоти-
на» требуется осуществить выбор расчетного расхода сбрасываемого че-
рез водосливную плотину, выполнить гидравлический водосливной пло-
тины, произвести подбор основного гидромеханического оборудования плотины, разработать конструктивные решения основных элементов во-
досливной плотины, выполнить фильтрационные и статические расчеты,
предложить вариант компоновки гидроузла, наметить очередность его строительства, определить объемы основных работ.
Часть 2 курсового проекта Бетонная водосливная плотина состоит из пояснительной записки и листа чертежей формата А-1. На листе чер-
тежей показывается поперечный разрез водосливной плотины, продоль-
ный разрез плотины совмещенный с видом плотины со стороны нижнего бьефа, план участка сопряжения водосливной и земляной плотины, де-
тальная разработка конструктивного элемента плотины (согласно зада-
6
ния). Пояснительная записка должна содержать описание запроектиро-
ванных сооружений, необходимые схемы, расчеты, таблицы, рисунки и графики.
Указания могут быть также использованы при выполнении выпуск-
ных квалификационных работ.
7
1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Исходными данными для проектирования бетонной водосливной плотины являются:
1) топографический план района строительства гидроузла c указа-
нием створа проектируемого гидроузла (рис.1 приложения к заданию);
2) инженерно-геологические условия в основании водосливной пло-
тины, физико-механические характеристики грунтов (пункт 1.2 задания);
3)кривая расходов в нижнем бьефе (рис. 2 приложения заданию);
4)характерные расходы воды в реке (пункт 1.4 задания): макси-
мальный основной, максимальный поверочный, строительный, а также расход воды ГЭС (пункт 1.8 задания) и расход других водопотребителей;
5) характерные уровни водохранилища (пункт 1.5 задания): нор-
мальный подпорный уровень (НПУ), уровень мертвого объема (УМО);
6) самый низкий уровень нижнего бьефа (СНУВНБ) (пункт 1.5 за-
дания);
7)отметка дна реки (пункт 1.7 задания);
8)состав основных сооружений гидроузла: глухая земляная плоти-
на, водосливная бетонная плотина, здание ГЭС, судоходный шлюз, насос-
ная станция, другие сооружения (пункт 1.8 задания);
9)класс основных сооружений (пункт 1.9 задания);
10)тип рабочего затвора: плоский или сегментный (пункт 1.10 за-
дания); 11) тип мостовых переходов через водосливную плотину: автодо-
рожный габарита Г-7 или Г-9, либо железнодорожный одно или двухпут-
ный (пункт 1.10 задания).
Также при изучении задания необходимо внимательно изучить тре-
бования к составу проекта (раздел 2 задания), состав отчетных материалов
8
(раздел 3 задания) и ознакомится с рекомендуемой для выполнения дан-
ного проекта литературой (раздел 4 задания).
В результате изучения исходных данных и задания к проекту долж-
но сформироваться четкое представление об условиях проектирования водосливной плотины, составе проекта и отчетных материалов.
9
2.ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ВОДОСЛИВНОЙ ПЛОТИНЫ
Взадачу гидравлических расчетов водосливной плотины входит определение длины водосливного фронта, размеров водосливных отвер-
стий, режима сопряжения бьефов и способов гашения энергии, размеров и конструкции водобоя, рисбермы и гасителей энергии.
При проектировании постоянных речных гидротехнических соору-
жений расчетные максимальные расходы воды надлежит принимать ис-
ходя из ежегодной вероятности превышения (обеспеченности), устанав-
ливаемой в зависимости от класса сооружений для двух расчетных случа-
ев – основного и поверочного [1, п. 8.24, табл. 2].
2.1. Определение расчѐтного расхода
Расчѐтный расход, сбрасываемый через водосливную плотину,
определяется как разность между заданным расчѐтным расходом гидроуз-
ла, зависящим от класса сооружений напорного фронта, и расходами,
проходящими через ГЭС и другие сооружения гидроузла по формуле:
QВ Q |
P% |
Q |
ГЭС |
Q |
, |
(2.1) |
Р |
|
др. |
|
|
где: QP% - расчетный максимальный расход гидроузла, м3/с; QГЭС – расчетный расход ГЭС, м3/с;
Qдр. - расход других сооружений гидроузла, м3/с.
Для удобства выполнения курсового проекта составляется сводная таблица расходов и уровней воды в створе гидроузла (таблица 2.1). Уров-
ни не приведенные в задании определяются по кривой расходов.
Согласно требованиям СП 58.13330.2012 [1, п. 8.26, 8.27] пропуск расчетного расхода воды для основного расчетного случая должен обес-
печиваться, как правило, при НПУ через все эксплуатационные водопро-
пускные сооружения гидроузла при полном их открытии.
|
10 |
|
|
|
|
|
Таблица 2.1. |
|
Сводная таблица расходов и уровней в створе гидроузла |
||
|
|
|
|
|
Наименование расхода |
Расход, м3/с |
Уровень НБ |
|
|
|
|
1. |
Максимальный расчетный расход гидроузла |
|
|
|
|
|
|
2. |
Максимальный расчетный расход, сбрасываемый |
|
|
через водосливную плотину |
|
|
|
3. |
Форсированный (поверочный) расход |
|
|
|
|
|
|
4. |
Расчѐтный строительный |
|
|
|
|
|
|
5. |
Минимальный расход гидроузла |
|
|
|
|
|
|
Пропуск поверочного расчетного расхода воды должен осуществ-
ляться при наивысшем технически и экономически обоснованном форси-
рованном подпорном уровне (ФПУ) всеми водопропускными сооружени-
ями гидроузла, включая эксплуатационные водосбросы, турбины ГЭС,
водозаборные сооружения оросительных систем и систем водоснабжения,
судоходные шлюзы, рыбопропускные сооружения и резервные водосбро-
сы. При этом, учитывая кратковременность прохождения пика паводка,
допускается:
-уменьшение выработки электроэнергии ГЭС;
-нарушение нормальной работы водозаборных сооружений, не приводящее к созданию аварийных ситуаций на объектах — потребителях воды;
-повреждение резервных водосбросов, не снижающее надежности основных сооружений;
-размыв русла и береговых склонов в нижнем бьефе гидроузла, не угрожающий разрушением основных сооружений, селитебных террито-
рий и территорий предприятий, при условии, что последствия размыва
могут быть устранены после пропуска паводка.