4.2 Конструктивный и гидравлический расчеты водосброса

Длина водосливного порога определяется из формулы пропускной способности водослива с тонкой стенкой:

49449\* MERGEFORMAT (.)

где - расчетный расход водосброса, м³/с;

m – коэффициент расхода;

H – напор на водосливном пороге, H= ;

- коэффициент подтопления.

Толщину стенки с конструктивных соображений принимаем , поэтому m=0,42. Коэффициент подтопления для по таблице принимаем =0,98. Тогда

м

Число нитей и размеры поперечного сечения водоотводящей трубы определяют на основании гидравлического расчета, из условия равенства H= -геометрического напора на сооружение и алгебраической сумме потерь напора h_w в водоотводящей трубе. Отметка уровня воды в нижнем бьефе водосброса определится из условия м. Для создания более спокойного движения воды к шахте, отметка уровня воды в верхнем бьефе принимается на 0,2м выше водосливного порога.

В первом приближении назначаем одну нить трубы круглого сечения диаметром 1,4 м.

Площадь живого сечения одной нити:

Скорость движения воды в трубопроводе:

50450\* MERGEFORMAT (.)

Для обеспечения плавного входа потока в трубопровод, предусматриваем раструб d_растр=1,5

Коэффициент сопротивления на входе:

51451\* MERGEFORMAT (.)

Коэффициент сопротивления по длине трубопровода:

52452\* MERGEFORMAT (.)

Определяем длину отводящей трубы ковшового водосброса графо-аналитически. =236,5м

Гидравлический радиус:

м

Коэффициент сопротивления на выходе из трубопровода:

53453\* MERGEFORMAT (.)

Площадь живого сечения на выходе из трубопровода зависит от глубины воды в отводящем канале h=1,5м и ширины водобойного колодца. Как правило, ширину водобойного колодца назначают равную ширине портальной стенки ковша. Ширина портальной стенки ковша должна быть не менее ширины входного фронта сооружения:

54454\* MERGEFORMAT (.)

где d – внутренний диаметр (ширина) отводящей трубы;

n – число нитей трубопровода;

t – ширина разделительных стенок, t=1,0м;

a – конструктивный запас, обеспечивающий плавность входа потока в крайние трубы и надежность сопряжения трубы с оголовком, а=1,0м.

м

Площадь живого сечения на выходе из трубопровода:

м²

Тогда полные потери напора определятся как:

55455\* MERGEFORMAT (.)

Процент отклонения рассчитанного и принятого коэффициента расхода составит , что меньше допустимого =5%. Принимаем 1 нить трубы круглого сечения d=1.4м

Конструктивный расчёт водосброса

Входная часть представляет собой ковш из монолитного железобетона с толщиной стенок S=300мм, в основании ковша предусмотрен железобетонный фундаментный блок толщиной 600мм. Глубину ковша принимаем 3м, возвышение стенок ковша над поверхностью дна в подводящей выемке равна 1м. Транзитная часть представляет собой одну нить железобетонных раструбных напорных труб, которые укладываются с уклоном i=0.022. Гашение кинетической энергии потока в НБ осуществляется с помощью водобойного колодца расположенного на отметке 163,6м

4.3Статический расчёт водосброса

Расчёт предусматривает определение коэффициента устойчивости ковша на всплытие, т.е.

56456\* MERGEFORMAT (.)

Где: G₁ – собственный вес ковша, кН;

G₂ – вес решётки, кН;

G₂=0.1∙G₁, кН

F_тр – сила трения стенок ковша с грунтом, кН;

W_взв – сила взвешивающего давления воды, кН.

Рис.7

Вес ковша определяем по формуле:

57457\* MERGEFORMAT (.)

где γ_б – объемная масса бетона, кН/м³;

a и b – внешние размеры ковша, равные соответственно 1,5 и 2 м;

h – высота стенки ковша, находящейся под поверхностью дна водоотводящей выемки, равная 2 м. Тогда по формуле (4.14) имеем:

Силу трения ковша о грунт вычислим по формуле:

58458\* MERGEFORMAT (.)

где f_тр – коэффициент трения, равный 0,3;

59459\* MERGEFORMAT (.)

где Е – сила, действующая на ковш со стороны грунта в насыщенном состоянии. Здесь - объемная масса грунта, равная 11 кН/м³;

φ_н – угол внутреннего трения насыщенного грунта, равный 26,6^˚. Тогда по формуле (4.16)

L₀ – внешний периметр ковша, равный: L₀=2∙(a+b)=2∙(1,5+2)=7м

Теперь определим F_тр по формуле (3.16):

Силу взвешивающего давления воды рассчитываем по формуле:

60460\* MERGEFORMAT (.)

где γ_в – объемная масса воды, равная 10кН/м³;

По полученным значениям сил определяем по формуле (3.14) коэффициент К_вспл:

Так как фактический коэффициент устойчивости ковша на всплытие превышает допустимое значение [К_вспл]=1,1, следовательно устойчивость ковша на всплытие обеспечена.