Проектування і будівництво конструкції греблі та окремих її елементів

З више наведеної формули випливає:

 

Приймаємо квадратну форму окреслення башти в плані зі сторонами по 6,125 м.

 

Для пропускання розрахункової витрати через водостічну трубу необхідно створити відповідний напір перед нею в башті.

Розрахунок:

1. Визначаємо рівень води в нижньому б’єфі при скиданні Qmax:

РНБ=418,55 м.

2. Визначаємо напір на трубу: 

 

3. Визначаємо розрахункові витрати водовідвідної труби за залежністю:

 

де  - коефіцієнт витрати для трубчастих споруд:

 ,

де  =0,6;

 =1;

  - коефіцієнт опору по довжині, визначається за залежністю:

 ,

де n – коефіцієнт шорсткості, n=0,012;

R – гідравлічний радіус:

 ,

де   - площа живого перерізу, м2;

  - змочений периметр, м;

Z0 – перепад рівнів води, м;

l – довжина труби, l=84 м;

nтр – кількість труб.

Розрахунки зводимо у таблицю.

 

Таблиця 5.1

Розрахунок пропускних витрат

d , м2

 , м

 , м

 

 

Qi при

n=1 n=2 n=3

1,0 1,00 4,00 0,25 0,02 0,55 9,48 18,96 28,44

1,1 1,21 4,40 0,28 0,02 0,57 11,89 23,78 35,67

1,2 1,44 4,80 0,30 0,02 0,58 14,40 28,80 43,20

1,3 1,69 5,20 0,33 0,02 0,59 17,19 34,38 51,57

1,4 1,96 5,60 0,35 0,02 0,60 20,27 40,54 60,81

1,5 2,25 6,00 0,38 0,02 0,61 23,66 47,32 70,98

1,6 2,56 6,40 0,40 0,02 0,61 26,92 53,84 80,76

1,7 2,89 6,80 0,43 0,02 0,62 30,89 61,78 92,67

1,8 3,24 7,20 0,45 0,02 0,63 35,19 - -

 

За отриманими значенням будуємо графіки залежності Q=f(d), наведені на рис. 5.1.

З точки зору зручності умов експлуатації відвідних труб приймаємо дві труби.

4. Визначаємо висоту труби:

d=1,19 м.

Визначене значення висоти труби відповідає стандартній d=1,2 м.

Виконуємо розташування водопровідних труб і з’єднуємо їх зі стінкою башти таким чином, щоб загальна ширина відвідних труб була не більшою від розміру сторони башти, до якої вони примикають. При цьому товщина стінки труби приймається рівною  0,1 м, відстань між окремими трубами – t=0 м. При цьому має виконуватись умова:

Ширина вихідного фронту:

 

Відвідний канал спряжує кінцеву частину споруди і відвідне русло річки. Глибина води в каналі hк приймається такою, як і глибина води в річці (рис. 5.2):

hк=1,75 м.

 

Рис. 5.2. Поперечний переріз відвідного каналу

Для розрахунку ширини каналу по дну bк використовуємо формулу:

 

де m -коефіцієнт закладання укосів каналу;

- площа поперечного перерізу каналу:

 

Qр – розрахункова витрата, Qр=28,2 м3/с;

Vдоп - допустима швидкість руху води в каналі, м/с (для піску середнього Vдоп=0,6 м/с);

 

Відповідно значення m=2,0.

 

Оскільки ширина каналу значна, то необхідно збільшити допустиму швидкість руху води в каналі (Vдоп=0,9 м/с) і закріпити дно й укоси каналу бетонними плитами. Тоді:

 

Колодязь виконується у вигляді розтрубу, який розширюється в плані від ширини вихідного фронту труб bтр до ширини відповідного каналу bк. Рисберма розташовується на початку відвідного каналу і виконується з розширенням (рис. 5.3).

В результаті розрахунку необхідно визначити значення спряжених глибин гідравлічного стрибка, а потім співставивши глибину з глибиною зробити висновок про необхідність влаштування водобійного колодязя глибиною і довжиною, а у випадку відсутності такої необхідності глибина колодязя приймається конструктивно, але не менше 0,5 м.

Для розрахунків складаємо розрахункову схему, прийнявши центральний кут розширення потоку 30.

Спряження б’єфів (з’єднання бурного потоку, який витікає з труби з глибиною води в каналі або в річці зі спокійною) здійснюється в нашому випадку в так званих просторових умовах і бажано, щоб воно виконувалось в межах водобійного колодязя. Форма спряження бурного зі спокійним потоком носить назву гідравлічного стрибка. Задача розрахунку водобійного колодязя заключається у визначенні параметрів гідравлічного стрибка: першої спряженої глибини h1, другої спряженої глибини h2, довжини стрибка lстр, довжини відльоту lвідл. та довжини колодязя lк (рис. 5.3).

 

Рис. 5.3. Поперечний переріз і вигляд у плані водобійного колодязя

 

Перша спряжена глибина (це глибина води на виході із труби) h1 визначається для квадратних труб як

 

де а – внутрішня висота труби, м

h1=1,2 м. 

Визначається значення радіусу r1, який відповідає спряженій глибині:

 

де  - кут розширення стінок колодязя в плані (в радіанах),

=0,52 рад,

 

Визначаємо критичну глибину за формулою:

 

Визначаємо число Фруда:

 

У нашому випадку hкрh1, отже, потік знаходиться в бурхливому стані.

Визначаємо довжину водобійного колодязя за формулою: 

 

де lстр - довжина стрибка:

 

де  - коефіцієнт швидкості, =0,95;

V – швидкість руху води, м/с:

 

Qр – розрахункова витрата, м3/с;

тр – площа поперечного перерізу всіх труб, м2;

 ;

d – глибина води водобійного колодязя, приймається конструктивно, d=0,5 м.

 

Визначаємо радіус, який відповідає другій спряженій глибині:

 

Значення другої спряженої глибини визначається шляхом підбору із залежності:

  

де =0,9.

Ліва частина тотожності рівна:

 

Приймаємо, що друга спряжена глибина  . Тоді права частина тотожності:

 

Значення розходження між лівою і правою частинами тотожності менше 5% (4,5%), тому приймаємо  .

Довжина розширення:

 

Оскільки значення довжини розширення (21,5 м) більше значення довжини колодязя (8,1 м), то проектуємо рисберму з розширенням (рис. 5.4).

 

Рис. 5.4. Рисберма

Довжина рисберми:

 

 

Для скидання повеневих витрат із водосховищ влаштовуються баштові водоскиди автоматичної дії. Спорожнення водосховища передбачається через донний водовипуск в башті, забір води може бути здійснений за допомогою труб, розташованих вище РМО на 0,5 м. Місце розташування водоскиду вибирається із таких умов:

- споруда повинна бути розташована на корінній основі;

- відмітка дна водовипускної і водопропускної труб споруди повинна забезпечувати можливість повного спорожнення водосховища;

- траса водоскиду повинна бути прямолінійною в плані.

Споруда розташовується в пониженій частині водосховища в тілі земляної греблі.

Баштовий водоскид складається з таких елементів (рис. 5.5): башти (1), донного водоспуска (2), камери затворів (3), водовідної труби (4), водобійного колодязя (5), рисберми (6), відвідного каналу (7), службового мосту (8).

 

Рис. 5.5. Поздовжній розріз баштового водоскиду

 

Приймальною частиною водоскиду є башта, яка є прямокутного окреслення в плані і розташована в тілі греблі. Верхня кромка башти обладнана решіткою для затримання сміття, криги і плаваючих тіл. Стінки башти мають змінну товщину по вертикалі і виконуються з монолітного залізобетону. В передній частині башти розташована камера затворів, в якій розташовуються затвори, які перекривають донний отвір. Маневрування затворами проводиться зі службових мостів за допомогою гвинтових підіймачів. При необхідності забору води на зрошення або інших потреб в камеру затворів виводяться патрубки діаметром 300 мм. Водовідвідні труби можуть бути запроектовані в поперечному перерізі круглої форми і збираються з окремих ланок. Діаметри стандартних труб - 10, 12, 14, 16 дм. Для зменшення контурної фільтрації на трубах повинно бути передбачено залізобетонні діафрагми. По довжині труб і в місцях примикання труби до шахти і до водобійного колодязя передбачені температурно-осадочні шви. Вихід із труб виконується у вигляді розтрубу з центральним кутом 2 (в межах 20-30). Водобійна частина виконується у вигляді водобійного колодязя, який розширюється в плані і глибиною dk=0,5 м. Рисберма розташовується на початку відвідного каналу і з розширенням. Кріплення рисберми - збірні ребристі плити, під якими розташовується зворотній фільтр. Для повного або часткового спорожнення водосховища передбачено донний водоспуск із збірних залізобетонних труб діаметром 10 дм. На вході в трубу водоспуску влаштовується оголовок, який звужується в плані і має на вході обернені або поринаючі стінки.

 

 

Волков И. М., Кононенко П. Ф., Фединчик И. К. Гидротехнические сооружения. М.: Колос, 1968.

Замарин Е. А., Фадеев В. В. Гидротехнические сооружения. - М.: Колос, 1965. 

Кириенко И. И., Химерик Ю. А. Гидротехнические сооружения. Проектирование и  расчет. - К.: Вища школа, 1987.

Перечень единиц физических величин, подлежащих применению в строительстве. – М.: Стройиздат, 1987.

Розанов Н. П. и др. Гидротехнические сооружения. - М.: Стройиздат, 1978.

Руководство по определению нагрузок и воздействий на ГТС II 58-76. - Л.: ВНИИГ: Энергия, 1977.

СНиП 2.06.02-85. Автомобильные дороги. - М.: Стройиздат, 1986. 

СНиП 2.06.03-86. Мелиоративные системы и сооружения. - М.: Стройиздат, 1987.

СНиП. Нагрузки и воздействия на ГТС. СНиП 2.06.04-82. - М.: Госстрой СССР. 1989.

Справочник по гидравлике. Под ред. Большакова В. А. - К.:Вища школа, 1977.

Справочник по гидравлическим расчетам. Под ред. Киселева П. Г. - М.: Энергия. 1975.

Строительные нормы и правила. ГТС. Основные положения проектирования. СНиП 2.06.01-86. - М.: Госстрой СССР, 1989.

Строительные нормы и правила. Определение расчетных гидрологических 

 характеристик. СНиП 2.01.14-83. - М., 1984.

Строительные нормы и правила. Плотины из грунтовых материалов. СНиП 2.06.05-84. - М.: Госстрой СССР, 1985.

Чугаев Р. Р. Гидротехнические сооружения. Глухие плотины. - М.: Высшая школа. 1975.