Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Проектирование бетонной гравитационной плотины

Камчатский государственный технический университет

Технологический факультет

Кафедра защиты окружающей среды

Задание

на курсовой проект по дисциплине «Комплексное использование водных ресурсов»

студента группы 08-КИ Фомина Александра Юрьевича

Тема: «Проектирование бетонной гравитационной плотины»

Сроки сдачи студентом законченной работы:

Основание для разработки: необходимость возведения бетонной гравитационной плотины для повышения напора в ВБ в целях оптимальной работы ГЭС.

Цель разработки: углубление и систематизация знаний, полученных в ходе изучения дисциплины «Комплексное использование водных ресурсов», а также приобретение навыков в организации и проведении строительных работ при возведении плотин.

Источники разработки: Беляков Ю.И. «Земляные работы», Прозоров И.В. «Гидравлика, водоснабжение и канализация», Путилин В.В. «Основы строительного дела», Соколов Г.К. «Технология и организация строительства» и др.

Ожидаемые результаты внедрения: данная работа может быть использована как дополнительный источник информации при изучении дисциплины «Комплексное использование водных ресурсов»

Перечень отчётной документации: пояснительная записка, графическая часть

Дата выдачи задания: « 5 » сентября 2012г.

Задание принял к исполнению студент Фомин А.Ю. ____________

(подпись)

Руководитель курсового проекта Ивашкевич Г.В. ____________

(подпись)

Аннотация.

В данном курсовом проекте рассматриваются основы организации и производство строительных работ при возведении бетонной гравитационной плотины в Иркутской области Восточно-Сибирского экономического района.

В работе приведены:

все необходимые природные характеристики района строительства (климатические, инженерно-геологические условия);
физико-механические свойства грунта строительной площадки;
особенности производства подготовительных и земляных работ при возведении данного типа сооружения;

- необходимые мероприятия по охране труда и охране окружающей среды.

выбор комплекта машин, задействованных в строительстве и т.д.

Целью разработки курсового проекта является углубление и систематизация знаний, полученных в ходе изучения дисциплины «Водохозяйственной строительство», а также приобретение навыков в организации и проведении строительных работ при возведении бетонной гравитационной плотины.

Курсовой проект содержит:

- пояснительную записку: реферат - 42 стр., 7 таблиц, 4 иллюстрации, 10 источников литературы;

графическую часть: генеральный план площадки расположения сооружений, схема работы одноковшового экскаватора с прямой лопатой марки ЭО-5123 при производстве земляных работ.

Данная работа может быть использована как источник дополнительной информации при проектировании бетонных гравитационных плотин.

Содержание

Введение стр.3

Глава I. Общие данные по работе стр.4

1.1 Климатические условия района строительства стр.4

1.2 Инженерно-геологические условия районас троительства стр.4

1.3 Физико-механические свойства грунта строительной лощадки стр.5

Глава II. Подготовительные работы на строительной площадке стр.6

2.1 Расчистка территории стр.6

2.2 Отвод поверхностных вод стр.7

2.3 Разбивочно-геодезические работы стр.7

2.4 Устройство автодорог стр.8

2.5 Водоснабжение строительства стр.9

2.6 Электроснабжение строительства стр.9

2.7 Бытовое обеспечение строительной площадки стр.10

Глава III. Проектные работы стр.12

3.1 Общая характеристика плотины. Выбор типа стр.12

3.2 Выбор места для плотины стр.12

3.3 Разрезка плотины швами стр.13

3.4 Меры борьбы с трещинообразованием стр.16

3.5 Расчет устойчивости гравитационной плотины на сдвиг стр.18

3.6 Расчет объема земляных работ стр.20

Глава IV. Производство земляных работ стр.21

4.1 Выбор метода производства работ стр.21

4.2 Выбор комплекта машин стр.21

4.3 Технические характеристики выбранного комплекта машин стр.22

4.4 Технико-экономические показатели строительных машин стр.24

Глава V. Проэктирование бетонной водосливной плотины стр.26

5.1 Компоновка сооружений гидроузла стр.26

5.2 идравлические расчеты стр.26

5.2.1 Расчет пропускной способности сифонного водосброса стр.26

5.2.2 Расчет сопряжения бьефов стр.26

5.2.3 Определение длины крепления русла за водосбросной плотиной стр.29

5.3 Конструирование тела плотины и ее элементов стр.29

5.3.1 Определение глубины заложения и ширины подошвы плотины стр.29

5.3.2 Проектирование поперечного профиля плотины стр.30

5.3.3 Конструкция гравитационной плотины стр.30

5.3.4 Выбор схемы подземного контура плотины стр.30

5.3.5 Конструирование элементов подземного контура плотины стр.30

5.3.6 Конструкция водобоя стр.31

5.3.7 Конструкция рисбермы стр.31

5.3.8 Конструкция быков стр.31

5.3.9 Конструкция береговых устоев стр.32

5.4 Расчет фильтрации в основании бетонной плотины стр.32

5.5 Расчеты плотины на устойчивость и прочность стр.34

5.5.1 Нагрузки и воздействия на плотину стр.34

5.5.2 Определение контактных напряжений стр.34

5.5.3 Расчет устойчивости плотины на сдвиг стр.36

5.5.4 Расчет прочности тела плотины методами сопротивления материалов стр.37

5.6 Соображения по пропуску строительных расходов стр.39

Глава VI. Охрана водных ресурсов стр.40

Заключение стр.43

Список использованной литературы стр.44

Введение.

Влияние природных условий и ресурсов на размещение и развитие народного хозяйства в некоторых районах Восточной Сибири очень велико. Поэтому, естественно, чем суровее природные условия, тем выше себестоимость вырабатываемой продукции и тем более ценной и уникальной она должна быть, чтобы компенсировать затраты на ее производство.

Восточная Сибирь обладает огромным гидроэнергетическим потенциалом. На ее территории находится такие крупные реки, как Енисей и ее приток Ангара.

Гидроэлектростанции являются весьма эффективным источником энергии, поскольку используют возобновимые ресурсы, обладают простотой управления и имеют высокий КПД (более 80 %). Поэтому предлагается построить на реке Ангара ГЭС которая в свою очередь будет находиться непосредственно за зданием глухой части плотины (см. генеральный план).

Бетонные гравитационные плотины широко распространены во всем мире благодаря простоте конструкции и способов их возведения, надежности их при любой их высоте, в любых природных условиях, в том числе и суровых зимних.

Название свое - гравитационные - эти плотины получили от слова gravitas, что значит «тяжесть», потому что действию на них основных сил - горизонтальному давлению воды они сопротивляются благодаря своему весу, создающему силы сопротивления их сдвигу но основанию.

Как строительный материал бетон, и тем более железобетон, значительно дороже (иногда в десяти раз), чем грунт и камень. Однако бетонные плотины широко распространены в мировой практике. Плотина, построенная из бетона, обладающего высокой прочностью и сопротивляемостью размывающему действию фильтрационного потока (фильтрационной прочностью), при одних и тех же нагрузках имеет более обжатый профиль, а значит, и меньший объем материала, чем грунтовая или каменная плотина. Приготовив бетонную смесь на заводе, укладывать ее в сооружение можно и в мороз, и в дождь, и в жару (при относительно небольших размерах поперечного профиля бетонной плотины рабочее пространство легко изолировать от влияния внешних факторов). Иное дело - строительство грунтовой плотины: грунты, особенно глинистые, должны иметь заданную влажность (уплотнить размокшую глину или песок невозможно), а это значит, что в период дождей работы прекращают. Невозможно хорошо уплотнить и смерзшийся грунт. Следовательно, на строительство грунтовой плотины может затрачиваться больше времени, чем бетонной.

Таким образом, хотя при сопоставлении затрат на возведение собственно плотины бетонные всегда оказываются дороже фунтовой или каменной, стоимость всего гидроузла (плотина и водопропускные сооружения) с учетом указанных факторов (в г. ч. и фактора времени) для бетонного варианта плотины может оказаться шоке, чем для фунтового.

Современные гравитационные плотины строят обычно водосбросными т. е. с водосливными и глубинными отверстиями; глухими выполняют лишь участки, сопрягающие водосбросную плотину с берегами или же если в состав глухой части плотины входит блок ГЭС.

Глава I. Общие данные по работе.

1.1 Климатические условия района строительства.

Климатические условия района строительства характеризуются высокой влажностью, относительно высокой амплитудой колебания среднемесячной температуры, что характерно континентальным областям Восточной Сибири. Но даже в пределах одного и того же физико-географического района можно заметить разницу в погодных условиях. Они зависят от многих причин: высоты местности, ее удаленности от моря, защищенности от господствующих ветров, направления горных склонов, долин и т. д.

Отличительными особенностями района являются обильные осадки, высокий снежный покров, сильные ветра, гололедные нагрузки, значительная продолжительность пасмурных дней и туманов.

Среднегодовая температура воздуха составляет –2,5⁰; –2,6⁰ С, среднемесячная февральская –15⁰; –16⁰ С, а наиболее теплые июль, август –11,7⁰; –12⁰ С. Абсолютный минимум в феврале – 40⁰; – 48⁰ С, абсолютный максимум в июле +30⁰С.

Первые заморозки наблюдаются в сентябре. Безморозный период длится в среднем 94 дня. Преобладают юго-западные и западные ветра со скоростью 3,5 м/сек. Количество осадков 350 - 600 мм в год. Максимальное количество осадков выпадает в августе, минимальное - в феврале.

Средняя многолетняя дата первого снегопада 25 октября. К маю высота снежного покрова достигает одного метра.

1.2 Инженерно-геологические условия района строительства.

Геолого-географическая изученность территории, в пределах которой осуществляется деятельность по строительству гидротехнического сооружения, в целом достаточно разносторонняя и полная.

В инженерно-геологическом отношении рассматриваемую территорию можно отнести к области перехода от плоскогорья к среднегорью. Действующие вулканы в данном районе отсутствуют, следовательно, при дальнейших расчетах вулканическую активность можно не учитывать, которая в свою очередь способствует активному развитию экзогенных геологических последствий, обуславливающих специфику инженерно-геологических условий.

Данные инженерно-геологической разведки показали, что в разрезе площадки строительства преобладают в основном скальные и полускальные породы. Они представлены эффузивными породами, такими как базальты, диабазы и порфириты. Эти породы отличаются высокими показателями прочности, мало сжимаемые, с высоким модулем упругости. Также представлены осадочные породы (крепкие известняки, песчаники). К свойствам этих пород можно отнести слоистость и сильную трещиноватость. Они часто имеют глинистые, сланцеватые прослойки, имеют низкое сопротивление сдвигу вдоль слоев. Полускальные основания представлены здесь алевролитами, одним из характерных свойств которых является их чувствительность к воде и глубокая выветренность, превращающая их иногда в скопление мелких обломков и даже в пластичную массу.

В целом данные массивы скальных оснований представляют собой комплекс горных пород разных форм и механических свойств, но все же предпочтение при выборе основания гидротехнического сооружения отдается диабазам и порфиритам благодаря их механическим свойствам и количественному содержанию в разрезе площадки строительства.

Физико-механические свойства грунта строительной площадки.

Для составления проекта гидроузла плотины необходимы достаточные данные о геологическом строении района створа с показателями геомеханических свойств пород и их комплекса. Эти данные получают в результате исследований, проводимых геологами (точнее инженерами-геологами) и проектировщиками-гидротехниками совместно.

Как уже было сказано выше, предпочтение при выборе основания для данного сооружения отдается диабазам и порфиритам благодаря их механическим свойствам и количественному содержанию в разрезе площадки строительства.

Физико-механические характеристики грунта.

Таблица 1

Грунт		диабазы	порфириты
Плотность тв. ч. грунта, г/см³		2,42	2,51
Степень влажности грунта, %		0,34	0,27
Коэффициент пористости, e		0,29	0,27
Пористость, γ		0,21	0,18
Сцепление c, кПа		0,03	0,032
Угол внутреннего трения грунта j	естественной влажности	32	31
Угол внутреннего трения грунта j	насыщенного водой	28	26
Коэффициент фильтрации , см/с		10^-7	10^-7

Глава II. Подготовительные работы на строительной площадке.

В подготовительный период выполняют работы по инженерной подготовке строительной площадки (отводу поверхностных вод, планировке и т. д.). Прежде всего на площадке строительства будущего объекта создают опорную геодезическую сеть. Она состоит из геодезических знаков, фиксирующих местоположение координационных (основных) осей здания в плане. Их размещают вне контура строящегося здании на участках, не занятых кранами, приобъектными складами и временными сооружениями. Для создания высотной основы на строительной площадке устраивают не менее двух реперов, т. е. геодезических знаков с вычисленной отметкой (высотой) над уровнем моря.

В подготовительный период ведут очистку строительной площадки, освобождая ее от строений, предназначенных к сносу. При этом мешающие деревья пересаживают, а сохраняемые ограждают. Затем приступают к вертикальной планировке. Срезают растительный слой грунта и складируют его для использования при благоустройстве. В возвышенных местах срезают лишний грунт, которым засыпают впадины, а если нет такой необходимости, его вывозят. Одновременно с помощью бульдозеров и скреперов устраивают корыта для дорог. В местах подсыпки грунт уплотняют. Затем строительную площадку ограждают, прокладывают дороги и сети водо-, электро- и теплоснабжения, устанавливают монтажные краны, монтируют временные здания и сооружения для нужд строительства объекта. Все эти работы выполняют в соответствии с заранее разработанным стройгенпланом.

2.1 Расчистка территории.

На строительной площадке удаляют деревья, пни, кустарники, камни-валуны, строительный мусор и т. д. Деревья спиливают бензомоторными пилами и вывозят их трелевочными тракторами. Для корчевки пней используют тракторы, бульдозеры и другие механизмы. Кустарники и подлесок удаляют бульдозером или кусторезом.

Расчистку площадки от кустарника и мелколесья осуществляют бульдозерами-кусторезами, которые срезают не только кусты, но и деревья толщиной до 20 см за один проход и толщиной до 40 см за два-три прохода в зависимости от породы срезаемых деревьев и грунтовых условий.

Для корчевки пней диаметром до 30 см применяют тракторы, бульдозеры, корчеватели-собиратели, у которых отвал представляет собой решетчатый щит с изогнутыми зубьями, расположенными в нижней части. Зубья корчевателя-собирателя опускаются ниже уровня земли на 15...20 см и при движении поддевают корневища, выдергивая их, и удаляют за пределы площадки волоком.

Для корчевки пней диаметром 30...40 см применяют бульдозеры и корчеватели-собиратели со специальным оборудованием, а 40...50 см - корчевательные лебедки и корчеватели (ДП-8А, ДП-2, ДП-3, ДП-25, Д-695А). Для корчевки пней диаметром более 50 см с сильно развитой корневой системой или пней диаметром более 30 см, находящихся в мерзлых грунтах, следует применять взрывной способ.

До начала земляных работ на площадке необходимо снять плодородный растительный слой в размерах, указанных в техническом проекте, и уложить в отвалы для дальнейшего использования его при рекультивации (восстановлении) нарушенных сельскохозяйственных земель, а также при благоустройстве площадки. Снятие плодородного слоя производят в немерзлом состоянии бульдозерами и скреперами.

2.2 Отвод поверхностных вод.

До начала производства земляных работ должна быть подготовлена площадка для стока поверхностных вод. Для этого выполняют постоянные и временные водоотводные устройства - оградительные обвалования и канавы. Поперечные сечения и уклоны всех временных водоотводных устройств рассчитываются на пропуск ливневого расхода воды от таяния снега. Бровка временных водоотводных канав должна возвышаться над расчетным уровнем воды не менее чем на 0,1...0,2 м. Продольный уклон временных водоотводных устройств должен быть не менее 0,003⁰.

При разработке грунтов, в особенности обводненных, ниже горизонта грунтовых вод применяют способы открытого водоотлива и искусственного водопонижения (иглофильтровой, вакуумный, электроосмос, водопонизительные скважины).

До начала разработки (котлованов) устраивают водоотвод в виде канав, оградительного обвалования или дренажа. Размеры водоотводных канав, уклоны дна и способы их укрепления выбирают в зависимости от свойств грунта, расхода воды и скорости ее течения. Ширину канавы по дну принимают не менее 0,5 - 0,6 м, а расстояние от верхней бровки откоса выемки до канавы не менее 5 м для постоянной выемки и не менее 3 м - для временной.

На участке, где уровень грунтовых вод высок, необходимо произвести осушение строительной площадки и исключить затопление котлована, что можно сделать водоотводом, водоотливом или водопонижением. Водоотвод и водоотлив на строительной площадке можно осуществлять водоотводными канавами и дренажами. Для устройства дренажей в закрытые траншеи укладывают дренирующие материалы: песок, гравий, щебень, гальку. Если приток воды велик, в дренажные канавы закладывают бетонные или керамические трубы с отверстиями в стенках. Из разрабатываемых выемок при интенсивном притоке воду откачивают насосами. Для того чтобы прекратить поступление грунтовых вод в котлован, необходимо искусственно понизить их верхний уровень. Искусственное понижение уровня грунтовых вод в дренирующих грунтах может быть осуществлено с помощью иглофильтровых установок, представляющих собой ряд фильтров из металлических труб, погруженных в грунт вдоль верхней бровки котлована. Через иглофильтры, объединенные единым всасывающим коллектором, вакуум-насосами идет откачка грунтовых вод, в результате чего верхний уровень их опускается ниже дна котлована.

2.3 Разбивочно-геодезические работы.

Производство земляных работ на строительной площадке разрешается только после выполнения геодезических работ по разбивке земляных сооружений и установки соответствующих разбивочных знаков. Разбивку земляных сооружений производят при помощи геодезических инструментов (нивелира, теодолита). К разбивке земляных сооружений приступают после расчистки полосы от деревьев, пней, кустарников и удаления растительного слоя.

Геодезическая разбивка при устройстве котлована и траншей до начала производства работ на строительной площадке производится построением в натуре основных осей зданий или сооружений и закреплением реперов вне зоны земляных работ. При устройстве котлованов производится проверка геодезических данных по рабочим чертежам проекта, разбивка и закрепление в натуре контуров котлована, нивелирование поверхности в пределах контура котлована, передача разбивочных осей и отметок на дно котлована, периодические исполнительные съемки для подсчета объемов земляных масс, окончательная плановая и высотная исполнительные съемки открытого котлована. По мере углубления котлована визирками проверяют его глубину от нулевого горизонта.

До начала земляных работ по геодезическому плану определяют положение сооружений на местности. Этот план обычно составляют в единой системе координат в горизонтальном и высотном отношении. Опорные пункты и нивелирные сети привязываются к пунктам государственной триангуляционной сети. Для того чтобы перенести в натуру размеры элементов земляных сооружений, территорию строительной площадки делят на квадраты со стороной 100...200 м, закрепляя реперами вершины квадратов.

Для планировки площадки на местности обозначают вершины квадратов, характерные промежуточные точки и проектные отметки планируемой площадки в вершинах квадратов и промежуточных точках. В вершинах квадратов устанавливают колышки по нивелиру, а в промежуточных точках - по визиркам. Высота колышков должна соответствовать проектным отметкам. Обозначают также оси, ширину и глубину водоотводных канав.

2.4 Устройство автодорог.

В комплекс подготовительных работ входит устройство дорог на строительной площадке и подъездов к ней. Временные дороги, проезды и подъезды устраивают, когда постоянные дороги не запроектированы или не могут обеспечить нормальное движение транспорта. Подъездные пути и дороги к строительной площадке сооружают до начала строительных работ. Они должны обеспечить свободный подъезд транспорта и строительных машин к объекту. Покрытия временных дорог выполняют, как правило, из специальных дорожных железобетонных плит, которые легко демонтируются и перевозятся на новое место. В местах переезда транспорта через канавы и траншеи устраивают безопасные проходы для людей.

Для транспортировки грунта следует максимально использовать существующую дорожную сеть, а при необходимости предусматривать устройство временных землевозных дорог. Их следует устраивать, как правило, для двустороннего движения. Однопутные дороги допускаются при кольцевом движении. Ширина проезжей части дороги при движении по ней автосамосвалов грузоподъемностью до 12 т. при двустороннем движении составляет 7 м, а при одностороннем - 3,5 м. Ширина одной обочины должна быть не менее 1 м, в естественных условиях и в местах въездов и съездов ширина обочины может быть уменьшена до 0,5 м.

Землевозные дороги для скреперов следует устраивать с наименьшим числом поворотов в грузовом направлении. Ширина проезжей части въездов и съездов при одностороннем движении должна быть для скреперов с вместимостью ковша до 6; 8...10 и более 10 м³ соответственно равна 4; 4,5 и 5,5 м.

Минимальный радиус горизонтальной кривой в естественных условиях для двухосных автомобилей грузоподъемностью до 30 т. принимают 15 м, более 30 т. и трехосных автомобилей - 20 м. В забоях и на отвалах радиусы горизонтальных кривых могут быть равны конструктивным радиусам поворота автомобили применяемой модели.

Руководящий уклон автомобильных земляных дорог следует принимать равным 0,05 (5 %) и не более 0,08 (8 %). В местах выездов из котлованов и грунтовых карьеров, въездов на насыпи и т. п. величина уклона может быть увеличена до 0,1⁰, а при специальном обосновании - до 0,15⁰.

Покрытия для временных автомобильных дорог из сухих песчаных грунтов устраивают подсыпкой из суглинка слоем 0,3...0,5 м, из глинистых грунтов - из шлака или мелочи горной породы толщиной 0,4 м. На влажных песчаных грунтах покрытие землевозных дорог не устраивают, а производят профилирование и укатку земляного полотна. Землевозные дороги в летнее время необходимо периодически поливать водой, очищать от грязи и пыли, в зимнее время очищать от снега и льда, а при гололеде - посыпать песком, шлаком и др.

Сплошное пли колейное покрытие из сборных железобетонных плит при соответствующем технико-экономическом обосновании допускается при устройстве выездов из котлованов и въездов на насыпи. При глинистых грунтах сборные железобетонные плиты должны укладываться на основание из дренирующих материалов. Временные землевозные дороги с усовершенствованным покрытием устраивают только при большом объеме перевозимого грунта и длительном сроке эксплуатации дорог.

2.5 Водоснабжение строительства.

Для водоснабжения надо стремиться использовать сети постоянного водопровода. Если такой возможности нет, устраивают временные водопроводные сети. Их сооружают из стальных газовых труб диаметром 25 - 150 мм, реже - из чугунных или асбестоцементных диаметром 50 - 200 мм, которые укладывают ниже глубины промерзания грунта. Если эксплуатация сетей рассчитана только на летний период времени, сети укладывают таким образом, чтобы они были защищены только от механических повреждений.

Водоснабжение строительства проектируется с учетом суммирования объектов-водопотребителей и объемов их водопотребления.

В качестве источника водоснабжения для строительной площадки по возможности должны использоваться те же источники, которые будут являться источниками водоснабжения строящегося объекта.

Проектирование бетонной гравитационной плотины