Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Проектирование плотины в Крыме

ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ

ДП.5.092604.031.018.ПЗ

ПШЕНИЦЫНОЙ ЕЛЕНЫ

АЛЕКСАНДРОВНЫ

2010

СОДЕРЖАНИЕ

Введение……………………………………………………………………

1 Общая часть…………………………………………………………………

1.1 Естественные и хозяйственно-строительные условия …………………..

1.1.1 Местоположение объекта …………………………………………………

1.1.2 Климат ………………………………………………………………………

Гидрологические условия …………………………………………………
Инженерно – геологические условия ……………………………………

2 Водохозяйственный расчет………………………………………………...

Компоновка сооружений…………………………………………………..
Грунтовая плотина …………………………………………………………

Проектирование поперечного профиля грунтовой плотины……………

Определение отметки гребня плотины и её высоты……………………..
Проектирование гребня плотины…………………………………………
Проектирование откосов плотины………………………………………...
Проектирование дренажа…………………………………………………..
Проектирование противофильтрационных устройств…………………...
Проектирование сопряжения тела плотины с основанием и берегами…

Расчет плотины на фильтрацию……………………………………………
Расчет низового откоса на устойчивость………………………………….

Наполняющий водовод…………………………………………………….
Водовыпускное сооружение……………………………………………….

Выбор типа и конструкции водовыпуска…………………………………
Гидравлический расчет водовыпуска……………………………………..
Расчет пруда на опорожнение……………………………………………..

7 Организация производства работ по строительству гидроузла.

Объемы работ …………………………………………………………….

8 Сметная стоимость строительства…………………………………………

9 Охрана труда при производстве строительных работ……………………

10 Техническая эксплуатация гидроузла……………………………………..

11 Охрана окружающей среды………………………………………………..

12 Экономическая эффективность……………………………………………

Список используемой литературы………………………………………...

Приложение…………………………………………………………………

ОБЩАЯ ЧАСТЬ

Естественные и хозяйственно-строительные условия

Местоположение объекта

Наливной пруд оросительной системы располагается в 300 м севернее

с. Танковое Бахчисарайского района. В низовье безымянной балки правого склона долины р. Бельбек. Село Танковое связанно асфальтированной дорогой Бахчисарай – Ялта с районным центром. Ближайшая железнодорожная станция Бахчисарая находится в 20 км от с. Танковое.

Климат

Температура.

Самый теплый месяц – июль-август, самый холодный – январь-февраль. Наибольшая среднегодовая температура +11,3°С, наименьшая -9°С. Абсолютная амплитуда колебания температуры 70 (наибольшая +39°С, наименьшая -31°С). Величина безморозного периода 154 дня. По средним многолетним данным первый заморозок осени 9.09.

Осадки.

Количество осадков колеблется в пределах 400-700мм. Норма осадков для створа пруда составляет 580мм, годовая сумма осадков в маловодном году 80% обеспеченности составляет 477мм.

Испарение с водной поверхности.

Среднемноголетняя величина испарения с водной поверхности составляет 678 мм, по году 80% обеспеченности 733 мм. Расчетная величина потерь на испарение (с учетом осадков) по маловодному году 80% обеспеченности составляет 393 мм.

Ветер.

Максимальная скорость ветра по м.с. Голубинка характеризуется следующими данными:

Таблица 1.1

Обеспеченность	%	1	3	5	30
Скорость	м/с	37	30	28	22

Гидрогеологические условия

Водохранилище проектируется на сухой балке. Водосборная площадь балки в створе плотины составляет 1,57 км². Собственный сток балки настолько незначителен, что в расчетах наполнения пруда не учитывается.

Максимальные расходы и объёмы ливневого стока, согласно расчетам, характеризуются следующими данными:

Таблица 1.2

Обеспеченность, %	0,5	1	2	5	10	25
Расход, м³/с	12,7	10,0	7,88	5,25	3,64	1,92
Объёмы стока млн.м³	0,160	0,140	0,109	0,073	0,050	0,014

Наполнение пруда предусматривается из реки Бельбек. Расчетный сток реки Бельбек по маловодному году 80% обеспеченности характеризуется следующими данными:

Таблица 1.3

Месяцы	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Сток, м³	7,05	3,70	11,1	2,76	2,73	1,90	0,35	0	0	0	34,6	3,89

Наполнение пруда предусматривается вневегетационный период декабрь-март, когда в р. Бельбек имеется большой свободный сток.

Общее поступление в пруд твердого стока определено в объёме 280 м³ в год или 14,0 тыс. м³ за срок 50 лет.

Инженерно-геологические условия

Наливной пруд предназначен для орошения и располагается в эрозийной балке, впадающей в долину р. Бельбек, в пределах южного склона обширной межгорной долины, разделяющей внутреннюю гряду Крымских гор.

Участок створа плотины и чаша пруда сложены известняками инкерманского яруса нижнего палеогена и четвертичными отложениями.

Известняки светло-серые, органогенные, массивные, крепкие. Четвертичные отложения представлены двумя генетическими видами пород:

делювиально-пролювиальными, залегающими в днище балки и

представленными древесными грунтами и суглинками общей мощностью

07 – 4,2 м. Водопоглощающие породы – выветренная зона известняков и

древесные грунты.

Водоупор – монолитная зона известняков.

Грунтовые воды в балке на период изысканий под плотиной встречаются на

глубине 5-7 м.

ВОДОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ РАСЧЕТ

Проектируемый пруд является наливным. Наполнение его осуществляется в осенне-зимний период из реки Бельбек по наполняющему водоводу.

Согласно топографической характеристике чаши пруда отметке НПУ = 74,60м соответствует объём:

W_НПУ = 335 тыс. м³

Площадь зеркала:

F_НПУ = 4,05 га

Отметке ФПУ = 78,20 м соответствует объём:

W_ФПУ = 495 тыс. м³

Площадь зеркала:

F_ФПУ = 5,1 га

Отметке УМО = 59,10 м соответствует объём:

W_УМО = 14,0 тыс. м³

Площадь зеркала:

F_УМО = 0,51 га

Потери воды на фильтрацию через основание и тело плотины при хороших геологических условиях принимаются 15% от полного объёма пруда.

W_Ф = 0,15W_ср., тыс. м³ (2.1)

где W_ср – средний объём пруда, тыс. м³

W_ср = + W_УМО = +14 = 174,5 тыс. м³ (2.2)

W_Ф = 0,15 · 174,5 = 26,2 тыс. м³

Потери на испарение с водной поверхности определяем по формуле:

W_ИСП. = h_исп.· F_ср. = 0,393 · 174,5 = 68,57 тыс. м³ (2.3)

где h_исп. – слой испарений, принятый по карте изолиний,

h_исп.= 393мм;

F_ср. – средняя площадь зеркала, соответствующая среднему объему,

W_ср - = 174,5 тыс. м³;

Общие потери воды из пруда:

W_ПОТ. = W_Ф + W_ИСП. = 26,2 +68,57 = 94,77 тыс. м³ (2.4)

Полезная отдача из пруда:

W_ПОЛ. = W_НПУ - W_УМО- W_ПОТ. = 335 – 94,77 – 14 = 226,23 тыс.м³ (2.5)

Возможная площадь орошения:

ω_ор. = = = 113 га (2.6)

где - средневзвешенная оросительная норма,

= 2000 м³/га

3. КОМПОНОВКА СООРУЖЕНИЙ

В состав сооружений гидроузла входят:

Земляная плотина с ядром, высота которой 28,2 м назначена с учетом создания аккумулирующей ёмкости для полного зарегулирования паводка.

Водовыпуск для подачи воды для орошения и опорожнения пруда. Трасса водовыпуска прокладывается у правого борта, где скала почти выходит на поверхность, что позволит разместить трубу водовыпуска на прочном основании.

Трубопровод для наполнения пруда начинается у автодороги Бахчисарай-Ялта, далее проходит по окраине села Танковое, затем у плотины переходит на левый борт, где заходит в пруд.

В связи с отсутствием поводкового водосброса компоновка гидроузла отличается простотой.

4. ГРУНТОВАЯ ПЛОТИНА

4.1 Проектирование поперечного профиля плотины и её высоты

4.1.1 Определение отметки гребня плотины и её высоты

Отметку гребня плотины назначаем су четом возвышения его над расчетным уровнем воды. Возвышение гребня плотины «h» определяем по двум расчетным уровням воды в верхнем бьефе:

По нормальному подпорному уровню;
По форсированному подпорному уровню.

Возвышение гребня плотины определяем с учетом высоты наката ветровой волны «h_н», ветрового нагона «∆h» и конструктивного запаса «а».

h = h_н + ∆h + а (4.1)

где h_н – высота наката ветровой волны на откос, м;

∆h – высота ветрового нагона, м;

а – конструктивный запас, м. Зависит от класса капитальности, для

плотины 3 класса а = 0,5 м.

Прежде чем определить высоту наката ветровой волны на откос, необходимо определить высоту бегущей волны «h_%» расчетной обеспеченности, её длину «λ» и период «Т». Элементы ветровых волн зависят от скорости ветра, длины разгона волны и формы водохранилища.

Расчетная скорость ветра на высоте 10 м определяется по формуле 4.2:

V_Р= K_Z × K _{f i} × V_Z (4.2)

где K_Z – коэффициент приведения к высоте 10м. при высоте плотины более 10 м K_Z = 1;

K _fi – коэффициент пересчета данных по скоростям ветра, измеренных по флючеру. При V < 20 м/с K _fi = 1,0;

V_Z – максимальная скорость ветра, измеренная на высоте Z.

При НПУ V_Z – 4% обеспеченности, при ФПУ – 50% обеспеченности.

V_40% = 16 м/с, V_50% = 7,3 м/с.

Расчеты при НПУ ФПУ

Расчетная скорость ветра: V_Р= 1·1·16 = 16 м/с V_Р = 1·1·7,3 = 7,3 м/с

Средние параметры волны в глубоководной зоне определяем в следующем порядке:

Определяем безразмерные величины:

и (4.3)

где - ускорение свободного падения = 9,81 м/с²;

- продолжительность действия ветра. Для предварительных расчетов

принимаем = 6 часов;

- расчетная длина волны, = 5,6 км.

= 5,6 км = 6,2 км

= = 13237 = = 29027

= = 176,3 = = 937

По графику 1.5 [Л1] с 23 по найденным величинам находим:

и (4.4)

= 0,09 = 4,4 = 0,12 = 5,3

= 0,025 = 1,8 = 0,045 = 2,9

Среднюю величину высоты волны и период Т определяем по минимальным значениям.

= 0,025 = 1,8 = 0,45; = 0,24

= = = 0 = = = 0

Т = = = 2,94 с Т = = = 2,16 с

Средняя длина волны определяется по формуле:

λ_d= (4.5)

λ_d = = = 13,5 м λ_d = = =7,3 м

Обеспеченность высоты волны при определении высоты каната принимается равной 1% обеспеченности. Высоту волны при этой обеспеченности определяем по формуле:

= К_i· (4.6)

где К_i – коэффициент принимается по графику1.6 [Л1] с 24

при = 176,3 К_i = 2,07 = 937 К_i = 2,13

= 2,07 · 0,65 = 1,35 м = 2,13 · 0,24 = 0,51 м

Высоту наката волны для глубоководной зоны определяем по формуле:

= К_т · К_р · К_sр · К_гип· · (4.7)

где К_т и К_р – коэффициент принимается по таблице 1.4 [Л1] с 24,

в зависимости от вида покрытия откоса. Для железобетонных плит К_т= 1,0; К_р= 0,9.

К_sр – коэффициент зависящий от крутизны откоса и скорости ветра.

Принимаем по таблице 1.5 [Л1] с 25,

К_sр = 1,5 К_sр = 1,1

К_гип - коэффициент принимается по графику ……… в зависимости

от отношения λ_d/

₌ =10; К_гип=1,38 ₌ =14,5; К_гип=1,7

– коэффициент, учитывающий угол между фронтом волны и

нормалию к оси плотины. Принимаем =0, тогда = 1,0.

Подставляем данные в формулу 1.7, получим:

= 1·0,9·1,5·1,38·1·1,35 =2,52 = 1·0,9·1,1·1,7·1·0,51 =0,86

Высоту ветрового нагона определяем по формуле:

∆h = = (4.8)

где – коэффициент принимается в зависимости от скорости ветра,

= 2 · 10^-6;

- глубина воды перед плотиной

при НПУ = НПУ - дна = 74,5 – 51,5 = 23 м;

при ФПУ = ФПУ - дна = 78,2 – 51,5 = 26,7 м.

∆h = 2 · 10^-6 =0,013 м ∆h = 2 · 10^-6 =0,003 м

Подставляем найденные величины в формулу 4.1, получим:

h = 2,51 + 0,013 + 0,5 = 3,023 м h = 0,86 + 0,003 + 0,5 = 1,363 м

Отметка гребня плотины:

ГП = НПУ+ h =74,5+3,023=77,523м ГП = ФПУ+ h =78,2+1,36=79,56м

Из двух значений принимаем большее значение. Окончательно принимаем отметку гребня ГП = 79,60 м.

Определяем проектную высоту плотины:

Н_пр.= ГП - осн., м (4.9)

где осн. – отметка основания плотины, м.

осн. = тальв. – t_р.с., м (4.10)

где тальв. – отметка тальвега, равная 51,6 м;

t_р.с. – толщина снятия растительного слоя в тальвеге,

t_р.с. = 0,2 м.

осн. = 51,6 – 0,2 = 51,4 м

Н_пр. = 79,6 – 51,4 = 28,2 м

В первые годы эксплуатации плотина даст осадку. Принимая величину осадки для хорошо укатанных плотин равной 2% от Н_пр., определим строительную высоту плотины:

Н_стр.= 1,02 · Н_пр. = 1,02 · 28,2 = 28,76 м (4.11)

4.1.2 Проектирование гребня плотины

Гребень плотины необходим для придания устойчивости поперечному профилю плотины. Ширину гребня назначаем, исходя из категории проектируемой дороги, равной 8 м. Длина плотины по гребню составляет 199 м. Проезжую часть дороги укрепляем одеждой, в состав которой входят покрытие и основание. Покрытие выполняем щебенистым, толщиной 0,2 м. Основание выполняет роль дренирующего слоя. Вода из дренирующего слоя корытного профиля отводится через дренажные воронки на откосы. Воронки располагаются по обеим сторонам корыта в шахматном порядке на расстоянии 4 м друг от друга. Для стока поверхностных вод гребень выполняем с поперечным уклоном 4% в обе стороны от оси. По краям гребня с обеих сторон устанавливаем сигнальные столбики через 3 м друг от друга. Отметка гребня определена расчетом и составляет 79,6 м.

4.1.3 Проектирование откосов плотины.

Откосы плотины ломаного очертания. Крутизна их зависит от высоты плотины, грунтов тела плотины и основания, способов производства работ. Принимаем следующее заложение откосов:

верхового – m₁ = 3,0

низового - m₂ = 2,5

На обоих откосах проектируем бермы на отметке 67,00 шириной по 4 м. Берма низового откоса отводит в нижний бьеф дождевые и талые воды. Для этого ей придаем поперечный уклон 2% в сторону откоса и устраиваем на внутренней стороне кювет-канаву. Эта берма также служит для надзора и ремонта откоса.

Верховой откос плотины подвергается действию волн пруда, ледяного покрова, атмосферному влиянию, поэтому укрепляем его от отметки 67,00 до отметки 59,10 гравийно-галечниковой обсыпкой, а выше до отметки гребня плотины – железобетонными плитами ПКО-10 (4×2). Плиты укладываем на подготовку из щебня толщиной 0,2 м и омоноличиваем в карты. Крепление верхового откоса производится как с гребня, так и с бермы верхового откоса.

Низовой откос засеваем многолетними травами по слою растительного грунта толщиной 0,2 м для ослабления разрушающего действия атмосферных осадков и ветров. Чтобы грунт не оползал, нарезаем на откосах борозды.

4.1.4 Проектирование дренажа

Дренаж плотины предназначен для:

недопущения выхода фильтрационного потока на низовой откос;
понижения кривой депрессии, а следовательно, повышения устойчивости низового откоса;

отвода воды, фильтрующейся через тело плотины и основание в нижний бьеф;
предотвращения возникновения фильтрационных деформаций.

В проекте принято дренажное устройство в виде дренажной призмы из камня. Со стороны тела плотины дренаж окружен обратным фильтром из щебня

d = 20-40 мм и разнозернистого песка. Толщина слоев фильтра 20 см. Дренаж имеет форму трапеции со следующими разрезами:

- высота – 4м;

- ширина по верху – 2 м;

- заложение откосов m₁ = 1,5; m₂ = 2,5.

4.1.5 Проектирование противофильтрационных устройств

Противофильтрационным устройством является ядро в центральной части плотины. Ось ядра совмещена с осью плотины. Ядро отсыпается из суглинков. В поперечном сечении оно имеет форму трапеции с размерами: ширина поверху – 3м, понизу в русловой части – 16 м, крутизна откосов 1:0,25. Верх ядра возвышается над ФПУ на высоту капиллярного поднятия.

4.1.6 Проектирование сопряжения тела плотины с основанием и берегами

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

х	4	8	12	16	20	24	28	32	36	40	44	48	52
у²	0,8	1,6	2,4	3,2	4	4,8	5,6	6,4	7,2	8	8,8	9,6	10,4
у	0,89	1,26	1,55	1,79	2	2,19	2,34	2,53	2,68	2,83	2,97	3,1	3,22

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.