5.3 Отметка гребня плотины

Отметку гребня плотины в соответствии со СНиП 2.06.04-82 «Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов)» следует назначать на основе расчета возвышения его над расчетным статиче­ским уровнем воды в водохранилище. Возвышение гребня плотины определя­ем по формуле

, (1)

где - ветровой нагон воды в верхнем бьефе;

- высота наката ветровых волн обеспеченностью 1 %;

а - запас возвышения гребня плотины.

При определении первых двух слагаемых формулы (1) следует прини­мать обеспеченности скорости ветра для расчета элементов волн, наката и на­гона при основном сочетании нагрузок и воздействий (при нормальном под­порном уровне (НГТУ)) по СНиП 2.06.04-82 «Нагрузки и воздействия на гидро­технические сооружения (волновые, ледовые и от судов)» при особом сочета­нии нагрузок и воздействий (при форсированном подпорном уровне (ФПУ)) эти обеспеченности следует принимать для сооружений I - II классов 20 %, для III класса - 30 %, для IV класса - 50%. Запас а для всех классов плотин следует принимать не менее 0,5 м (рисунок 15).

Рисунок 15 - Возвышение гребня над расчетным уровнем

При возведении плотины в сейсмических районах отметку гребня следу­ет назначать с учетом высоты гравитационной волны, возникающей в водохра­нилище в случае образования в нем сейсмотектонических деформаций при землетрясении, определяемой в соответствии с требованиями СНиП П-7-81∙.

При наличии на гребне плотины сплошного парапета, рассчитанного на воздействие волн, возвышение его верха над уровнем верхнего бьефа надлежит принимать не ниже значений, полученных по формуле (1). Возвышение гребня плотины в этом случае назначают на 0,3 м над НПУ или на отметке ФПУ, при­чем принимают высшую из них.

В случае расположении автодороги на гребне плотины, ограждения и на­правляющие устройства следует выполнять в соответствии с требованиями ГОСТ 23457-86.

Если гребень плотины или ее откосы сложены из глинистых грунтов, следует предусматривать их защиту от сезонного промерзания слоем песчано­го, гравийного или щебенистого грунта. Толщину защитного слоя следует на­значать в соответствии с теплотехническими расчетами. При соответствующем обосновании допускается не предусматривать устройство защитного слоя.

Возвышение гребня плотины надлежит определять для двух случаев стояния уровня воды в верхнем бьефе:

а) при НПУ или при более высоком уровне, соответствующем пропуску максимального паводка, входящего в основное сочетание нагрузок и воздейст­вий;

б) при ФПУ при пропуске максимального паводка, относимого к особым сочетаниям нагрузок и воздействий.

(2)

Отметку гребня плотины следует назначать по менее благоприятному расчетному случаю, т.е. назначить более высокую отметку гребня.

Высоту наката на откос волн обеспеченностью 1% по накату ( ) для фронтально подходящих волн ( ) при глубине перед сооружением , согласно СНиП 2.06.04-82 «Нагрузки и воздействия на гидротехнические со­оружения (волновые, ледовые и от судов)» надлежит определять по формуле

(3)

где k_r и k_p - коэффициенты шероховатости и проницаемости откоса, прини­маемые по таблице 2;

k_sp - коэффициент, принимаемый по таблице 3;

k_run - коэффициент, принимаемый по графикам (рисунок 16), в зависимости от пологости волны на глубокой воде.

При глубине перед сооружением d < 2 коэффициент k_run необходимо принимать для значений пологости волны, указанной на рисунке 15 в скобках и определяемой при глубине d = 2 .

Высоту наката на откос волн обеспеченностью i, %, по накату необходи­мо определять умножением полученного по формуле (3) значения , м на коэффициент k_i , принимаемый по таблице 4.

(4)

Таблица 2

Конструкция крепления откоса	Относительная шеро­ховатость	Коэффици­ент, kr	Коэффици­ент, kp
Бетонными (железобетонными) плита­ми	-	1	0,9
Гравийно-галечниковое, каменное	Менее 0.002	1	0,9
или крепление бетонными	0,005-0,01	0,95	0,85
(железобетонными) блоками	0,02	0,9	0,8
	0,05	0,8	0,7
	0,1	0,75	0,6
	Более 0,2	0,7	0,5

Примечание. Характерный размер шероховатости r, м, следует принимать равным среднему диаметру зерен материала крепления откоса или среднему размеру бетонных (железобетон­ных) блоков.

Таблица 3

Значение	1 -2	3-5	Более 5
Коэффициент ksp при скорости ветра Vw, м/с:
20 и более	1,4	1,5	1,6
10	1,1	1.1	1,2
5 и менее	1	0,8	0,6

Примечание. - угол наклона откоса к горизонту

Таблица 4

Обеспеченность по накату i, %	0,1	1	2	5	10	30	50
Коэффициент kj	1,1	1	0,96	0,91	0.86	0,76	0.68

Рисунок 16 - Графики значений коэффициента k_run

При подходе фронта волны к сооружению под углом α, град. со стороны открытой акватории величину наката волн на откос следует уменьшать умно­жением на коэффициент k_α, принимаемый по таблице 5.

Таблица 5

Значение угла α, град	0	10	20	30	40	50	60
Коэффициент ка	1	0,98	0,96	0,92	0,87	0,82	0,76

Высоту ветрового нагона Δh_set, м, следует, как правило, принимать по данным натурных наблюдений, а при их отсутствии (без учета конфигурации береговой линии и при постоянной глубине дна d) методом последовательных приближений по формулам

где а»- угол между продольной осью водоема и направлением ветра, град; V_w - расчетная скорость ветра, определяемая по формуле (6), м/с; L - разгон, м. K_w - коэффициент, принимаемый по табл. 6

Таблица 6

Vw, м/с	20	30	40	50
Kw106	2,1	3	3,9	4,8

Расчетную скорость ветра на высоте 10 м над поверхностью водоема V_w, м/с, следует определять по формуле

V_w = K_fl k_j V₁, (6)

где V_l - скорость ветра на высоте 10 м над поверхностью земли (водоема), со­ответствующая 10-минутному интервалу осреднения и обеспеченности; k_j - коэффициент пересчета данных по скоростям ветра, измеренным по флюгеру, принимаемый по формуле K _fl=0.675+(4.5/V_l) , но не более 1; k_l - коэффициент приведения скорости ветра к условиям водной поверх­ности для водоемов (в том числе проектируемых) с характерной протя­женностью до 20 км, принимаемый равным единице при измерении скоро­сти ветра Vl над водной поверхностью, над ровной песчаной (пляжи, дюны и прочее) или в покрытой снегом местностью.

Элементы волн в глубоководной зоне. При определении элементов волн на открытых и огражденных акваториях необходимо учитывать следую­щие волнообразующие факторы: скорость ветра (её величину и направление V_w, м/с), продолжительность непрерывного действия ветра над водой (t, с), раз­меры и конфигурацию охваченной ветром акватории (L, км); рельеф дна и глу­бину водоема (d, м) с учетом колебаний водной поверхности.

1. Среднюю высоту h_d, м и средний период волн в глубоководной зоне (d>0,5 A_j) необходимо определить по верхней огибающей кривой (рисунок 17).

По значениям безразмерных величин и и верхней огибающей кривой

необходимо определить значение и и по меньшим их величинам принять среднюю высоту и средний период волн.

2. Среднюю длину волн X_d , м при известном значении Т следует опре­делять по формуле

3. Высоту волны i%-ной обеспеченности в системе h_d.i, м, следует опре­делять умножением средней высоты волн на коэффициент кi принимаемый по

2 графикам рис. 18 для безразмерной величины

h_i% = k_i h_d. (8)

Рисунок 18 - Графики значений коэффициента к,i

Элементы волн с обеспеченностью по режиму 1; 2; 4% необходимо при­нимать по функциям распределения, определяемым по натурным данным, а

∙Примечание. При переменных скоростях ветра вдоль разгона волн допускается принимать h_d по результатам последова­тельного определения высоты волны для участков с постоянными значениями скорости ветра.

при их отсутствии или недостаточности - по результатам обработки синоптиче­ских карт.

ПРИМЕР

Определить отметку гребня плотины при следующих исходных данных:

-НПУ= 100 м, ФПУ = 101 м;

• глубина воды перед сооружением d= 30 м;

• заложение верхового откоса плотины т=3;

• расчетная скорость ветра на высоте 10 м над уровнем воды V_w = 20 м/с;

• продолжительность непрерывного действия ветра / = 6 час в сутки;

• длина разгона волны L = 22 км;

• откос с креплением бетонными плитами;

• угол между продольной осью водоема и действием ветра a_w = 0.

1. Определяем элементы волн в глубоководной зоне. Безразмерные вели­чины

По значениям и верхней огибающей кривой (рисунок 17)

определяем значения

П ринимаем среднюю высоту и средний период волн по меньшим их величинам.

2. Средняя длина волны

Гидротехнические сооружения	Расчетная обеспеченность
	высот волн в системе, %
Сооружения вертикального профиля Сквозные сооружения и обтекаемые прегра-	1
ды класса: I	1
II	5
III, IV	13
Берегоукрепительные сооружения класса: 1Д1 III, IV	1 5
Оградительные сооружения откосного про-
филя с креплением:
бетонными плитами	1
каменной наброской, обыкновенными или	2
фасонными массивами

3 . Определяем высоту волн заданной обеспеченности по формулам (8) согласно таблице 7 для сооружений откосного профиля с креплением бетон­ными плитами Р=1%.

Таблица 7

Тогда при

h_1%=1,5∙2,22=3,33м.

4. Определяем высоту наката на откос волн при hпо _1% формуле (4), предварительно определив все коэффициенты по графику (рисунок 16) при ctg φ=m=3.

Определяем h_run50% по формуле(6)

5.Высота ветрового нагона определяется по формуле (5)

3. Отметка гребня плотины

VГр.пл=100+6,294+0,063+0,5=106,86 м;

VГр.пл=101+4,28+0,063=105,34 м.

Принимаем наиболее высокую отметку гребня плотины VГр.пл=106,34м.