2. Техническая часть

2.1. Цель проекта

Водохранилищный узел сооружений в совхозе (АО)__________ района на реке________________________запроектирован с целью комплексного использования.

Водоем комплексного назначения сезонного регулирования будет использоваться как нагульный пруд, т.е. для выращивания в нем товарной рыбы. Рыбопосадочный материал будет закупаться в других рыбоводных хозяйствах, заводах или рыбопитомниках.

Перед зарыблением водоем комплексного назначения очищают. При большой площади водоема (40 га и более) в нем отгораживают участок (при помощи сетки) для акклиматизации и подкормки годовиков в течение 7-10 дней, после чего их выпускают в водоем.

В состав запроектированного гидроузла входит плотина, водосброс и водовыпуск.

1. Плотина представляет собой____________________________

Предназначена для_______________________________________

1. Водовыпуск предназначен ________________________________

Входная часть его располагается так, чтобы обеспечить возможность опорожнения емкости водоема до заданной отметки УМО в нем. Его также используют для санитарных попусков, пропусков строительных расходов.

3. Водосброс служит для___________________________________

Водосбросы могут быть____________________________________

Входная часть его располагается на отметке НПУ, ФПУ, УМО, ТР

Цель проекта______________________________

2.2. Выбор местоположения узла сооружений

Выбор площадки для строительства рыбоводного хозяйства производится на основе утвержденной схемы развития рыбного хозяйства в данном районе, республике. Заказчик проекта для проведения работ по выбору площадки создает специальную комиссию.

При выборе площадки следует:

- установить источник водоснабжения, обеспеченность водой в весенний, летний и зимний периоды, возможность сезонного наполнения, а также качество воды;

- определить на основе гидрологических расчетов емкость пруда (водохранилища), площадь зеркала, морфометрические характеристики;

- определить типы грунтов и размещение карьеров грунта для земляных работ и местных строительных материалов;

- установить характеристики населенных пунктов, дорог и источников энергоснабжения, расположенных вблизи строительной площадки.

При выборе площадки осуществляют сбор и изучения топографогеодезических, геологических, гидрологических, экономических и других материалов. Подбирают также в соответствующих организациях дополнительные данные и при необходимости проводят рекогносцированное обследование района. Особые требования к месту выбора створа плотины:

1.____________________________________________________________

2. ___________________________________________________________

3. ___________________________________________________________

4.____________________________________________________________

Створ плотины располагается в наиболее узком месте балки или речной долины, имеющей уширение вверх по течению, с целью создания более емкого водоема. При выборе створа плотины необходимо одновременно предусмотреть возможность наилучшего расположения водосбросного и водовыпускного сооружения. Ось плотины назначается по возможности перпендикулярно к общему направлению. При этом учитывается:

- характер местности. Хорошим местом является суженный участок долины реки или балки с высокими, но сравнительно пологими коронными берегами;

- направление господствующих ветров, чтобы уменьшить действие волна верховой откос и облегчить конструкцию гребня;

- наличие или возможность устройства удобных съездов к водохранилищу;

Полезное скопление воды, которое должно быть наибольшим, а напор наименьшим, чтобы не подтоплялись населенные пункты, промышленные и другие сооружения;

- благоприятные условия для устройства водосбросного тракта;

- геологические и гидрогеологические условия основания;

- санитарные условия.

На основании проведения проектных работ разрабатывается технико-экономическое обоснование (ТЭО) о целесообразности строительства пруда (водохранилища) с целью комплексного его использования. Выбор площадки оформляется актом.

В данном проекте с учетом всех перечисленных выше требований выбрана площадка под строительство гидроузла комплексного назначения (орошение, водоснабжение, рыбоводство, любительское рыболовство, водопоя скота, разведение водоплавающей птицы, водного транспорта, лесосплава, отдыха, парусного спорта), выбрать 2-3 цели. На топографическом плане в М 1:1000 намечена ось будущей плотины и осуществлена привязка к существующим реперам.

2.3. Грунтовая плотина

Основные сведения о плотине

Плотины, которые возводят из местного грунта как строительного материала, называются грунтовыми (земляные насыпные, земляные намывные, каменно-земляные и каменно-набросные). Они получили широкое распространение, т. к. являются самыми экономичными. Используя местный грунт, их можно возводить практически во всех географических зонах, строить любой высоты, возведение их высоко механизировано. Однако грунтовые плотины имеют и недостатки.

Через тело плотины осуществляется фильтрация, что потенциально создаёт условия для фильтрационных деформаций, ведёт к большим потерям воды. В процессе эксплуатации грунтовые плотины имеют неравномерную осадку по поперечному профилю. Ограничено и использование некоторых типов грунтов для тела плотины и её основания.

Плотины подразделяют по конструкции тела плотины, противофильтрационных устройств в теле и основании на следующие основные типы: из однородного грунта и неоднородного грунта; с экраном (из грунтовых и негрунтовых материалов), с ядром из грунта, диафрагмой из негрунтовых материалов; с зубом, замком, диафрагмой в основании, со шпунтовой стенкой, понуром. В зависимости от высоты плотины, характера грунтов основания плотины делят на 4 класса, которые принимаются согласно СНиП.

Обычно гребень плотины служит проезжей частью. Ширина его зависит от категории дороги и принимается согласно СНиП. Отметку гребня выбирают из условия недопущения перелива через него.

Тип грунта и его сдвиговые характеристики позволяют назначать заложение откосов. Откосы плотин по высоте могут иметь переменное заложение у высоких, что позволяет экономично использовать грунт, в низких плотинах заложение принимается постоянным.

Низовой откос закрепляется для защиты от выветривания или посевом трав, или одерновкой. Для крепления верхового откоса применяют: каменную наброску, бетонные и железобетонные плиты, биологическое крепление.

Противофильтрационные устройства в теле плотин применяют, когда плотину отсыпают из сильно проницаемых грунтов для снижения фильтрационных потерь через плотину. Для создания противофильтрационных устройств используют грунты (суглинки, глины, глинобетон), а также битумные составы, асфальтобетон, бетон и полимерные плёнки.

В теле плотины конструируют одно из следующих противофильтрационные устройств: ядро, экран, диафрагму. Они необходимы, если плотины возводят на проницаемых основаниях для уменьшения фильтрационных потерь и снижения градиентов напора. Эти сооружения могут прорезать весь проницаемый слой до водоупора или быть висячими, не достигающими его.

Замок устраивают, если водонепроницаемое устройство прорезает водопроницаемый слой и входит в водоупор. Его выполняют, укладывая в траншею плотный суглинок, глину, глинобетон.

Зуб устраивают, если водопроницаемое устройство не доходит до водоупора. Его можно применять в комбинации со шпунтовой стенкой. Зуб, особенно при устройстве со шпунтом, делают из бетона.

Дренаж грунтовой плотины – это конструктивный элемент для сбора и отвода воды, фильтрующийся через тело плотины. Дренаж имеет повышенную проницаемость по сравнению с грунтами тела плотины и основания. Он понижает депрессионную кривую, предотвращает выклинивание фильтрационного потока на низовой откос и состоит из двух частей – приёмной и отводящей.

Тип дренажа и его местоположение выбирают из условия обеспечения устойчивости низового откоса. Основными типами дренажей являются: наслонный, дренажная призма, комбинированный (наслонный с дренажной призмой), плоский, плоский с вертикальной или наклонной приёмной частью, ленточный.

Рис. 1. Основные типы земляных плотин: а – из однородного грунта;

б – из разнородных грунтов; в – с экраном из грунтового материала;

г - с экраном из негрунтового материала, д – с ядром;

е – с диафрагмой

2.3.1. Выбор типа и конструкция грунтовой плотины

Тип и конструкция грунтовой плотины выбирается от наличия местных грунтов, из которых будет возводиться плотина, и геологических условий в створе плотины.

Одним из лучших материалов для возведения грунтовой плотины являются самые распространенные грунты-суглинки. При наличии таковых грунтовую плотину устраивают чаще всего из однородных грунтов.

Если в основании плотины залегают водопроницаемые грунты глубиной до 30 м (пески, супеси, слабый насосный грунт), в целях предупреждения больших потерь на фильтрацию устраивают зуб с заглублением в водоупор на 0,5-1.25м. при глубине проницаемого основания более 3-4 экономичнее будет устройство зуба глубиной 1-1,5 м с забивкой шпунтовом стенки.

При отсутствии вблизи места расположения узла сооружений мало проницаемых грунтов (суглинков) прибегают к устройству плотины из имеющихся на месте проницаемых грунтов (песков, супесей, гравийных и т.д.). Для предупреждения фильтрации в теле плотины предусматриваются противофильтрационные конструкции в виде ядра, экрана и др.

При недостаточном количестве суглинков и при наличии на месте строительства песчано-гравелистых грунтов следует проектировать плотину из разнородных грунтов.

При большой мощности проницаемого основания Т больше или равно 25м целесообразно устраивать плотину с экраном и понуром.

В однородных плотинах высотой более 8-10м, с целью понижения кривой депрессии и обеспечения устойчивости, низового откоса рекомендуется устройство дренажа. (Исходя из этих рекомендаций и исходных данных геологических условий основания, вида карьерных грунтов и принятого способа строительства выбирается тип и конструкция плотины. Сделать вывод и нарисовать схему, отражающую выбранную конструкцию, например, рис.2)

4

Рис.2. Водоупор на практически досягаемой глубине.

2.3.2. Назначение ширины по гребню

Гребень плотины является основным конструктивным элементом, который представляет собой верхнюю горизонтальную часть поперечного профиля.

Гребень необходим для придания устойчивости верхней части поперечного профиля плотины. Кроме того, его используют в качестве дорог различного назначения. В этом случае ширину гребня назначают в соответствии с нормативными документами на проектирование дорог, но с учетом удобства эксплуатации гидроузла.

В зависимости от категории дорог ширина гребня может составлять от 3 до 27 м с соответствующим типом покрытия.

Минимальная ширина гребня плотины в 3-4м, проезда по нему не предусматривается. При устройстве по гребню плотины проезжей дороги ширина её принимается в зависимости от назначения дороги. Для внутрихозяйственных дорог в 6,5м (ширина проезжей части 3,5); для эксплуатационных дорог 6м (ширина проезжей части 3м); для межхозяйственных дорог по указаниям СниП. При двухстороннем движении по плотине ширину гребня принимают от 6-8 до 10-12м. проезжую часть дороги устраивают в виде каменного мощения или асфальтового покрытия. Это делают после полной осадки плотины через 2-3 года, при хорошем уплотнении тела плотины через 1 год для стока воды гребень плотины делается выпуклым с уклоном в обе стороны от оси плотины 0,02 – 0,04%. Вдоль гребня плотины предусматриваются ограждающие устройства (сигнальные столбики). Отметку гребня плотины следует назначать по менее благоприятному расчетному случаю.

(В данном проекте согласно заданию проекта принята конструкция, представленная на рис.3)

Рис.3. Конструкция гребня плотины

2.3.3. Заложение и крепление откосов

Заложение откосов предварительно намечается на основе обобщенных данных опыта строительства грунтовых плотин.

Заложение откосов зависит от рода грунта, из которого возводится плотина, высоты плотины и свойств грунта основания. Согласно СниП-53-73 заложение откосов назначается по таблицам. В высоких плотинах откосы делают более пологими, а иногда переходят к ломаному очертанию их с постепенным увеличением пологости к подошве откоса.

Откосы плотины подвергаются статическому расчету на устойчивость. Если окажется, что коэффициент запаса на устойчивость менее нормативного, вводятся коррективы в заложение откосов.

Откосы грунтовых плотин должны быть защищены креплением от разрушающего действия волн, льда, атмосферных осадков и прочих климатических факторов.

Для защиты откосов от волнового воздействия применяют защитные покрытия или же их уполаживают. В качестве временной меры для гашения волн в низконапорных плотинах при малой волне иногда используют плавучие плотики перед откосом.

Обычно верхней границей крепления откоса является гребень, но в случае, когда превышение гребня превосходит высоту наката волны, верхней границей основного крепления является граница наката волны, при этом выше до гребня располагают

Нижняя граница основного крепления располагается на глубине от уровня сработки водохранилища. Ниже этой границы устраивается облегченное крепление.

Для защиты верхового откоса, как правило, следует применять следующие виды креплений:

а) каменные (насыпные);

б) бетонные монолитные, железобетонные сборные и монолитные с обычной и предварительно напряженной арматурой;

в) асфальтобетонные;

г) биологические.

При наличии данных, обоснованных исследованиями или опытом строительства и эксплуатации плотин, допускается применять и другие виды креплений верховых откосов, например, гравийно-галечниковые, грунтоцементные и др.

Вид крепления следует устанавливать исходя из технико-экономической оценки вариантов с учетом максимального использования средств механизации и местных материалов, характера грунта тела плотины и основания, агрессивности воды, долговечности крепления в условиях эксплуатации, архитектурных требований.

На рис. 4 показана возможная конструкция крепления верхового откоса каменной наброской. Каменная наброска является надежным гибким креплением, выполняемым механизированными способами в любое время года.

Рис.4. Крепление откоса каменной наброской:

1. Обратный фильтр

2. Гравий или щебень (толщина слоя 0,3 м)

В данном курсовом проекте принято…________________________

Выполнить рисунок «Крепление верхового откоса»

Низовой откос земляных плотин подвержен воздействию атмосферных осадков и ветра; для ослабления их разрушающего действия предусматривается крепление откосов.

Наиболее распространенные виды крепления низовых откосов - залужение, дерновое и гравиино-галечниковое покрытия.

Самым простым и дешевым способом крепления откосов является сплошное залужение, т. е. искусственно созданный дерновый покров за счет посева многолетних трав. В тех случаях, когда грунт откоса мало пригоден для произрастания трав (например, при глинистых или песчаных земляных плотинах), по плоскости откоса предварительно насыпают слой растительной земли, а по нему высевают семена многолетних трав.

На крутых откосах, особенно когда они сложены из глинистых грунтов, слой растительной земли может сползать. Чтобы этого не случилось, устраивают углубления - борозды, нарезаемые параллельно бровке откоса (рис.5).

Несмотря на простоту и доступность способа крепления низовых откосов сплошным залужением, последнее находит ограниченное применение и может быть рекомендовано только для плотин небольшой высоты. Дело в том, что для получения прочного дернового покрова, способного противостоять разрушающему действию атмосферных факторов, требуется продолжительное время. До появления в рыхлом защитном растительном слое прочной корневой системы, которая собственно и придает прочность покрытию, обильные дожди и ливни, а следовательно, и ручейки, стекающие по откосу, могут не только смыть слой растительной земли, но и деформировать грунт откоса.

Рис. 5. Залужение низового откоса (размеры в см):

1 - слой растительного грунта; 2 - посев трав на откосе плотины

Рис. 6. Залужение низового откоса в клетках из дерна

В какой-то степени предотвратить размыв низового откоса дождевыми осадками можно залужением в дерновых клетках (рис. 6). Дерновые полосы клеток, уложенные по двум взаимно перпендикулярным направлениям под углом 45° к бровке откоса, не дают формироваться сосредоточенным струйкам и в то же время играют роль упоров против сползания присыпки по откосу.

Дерновые клетки принимают размером от 0,8х0,8 м до 1,0x1,0 м, а иногда до 1,5х1,5 м. Ленты клеток выполняют из штучных дернин, уложенных непосредственно на спланированный грунт откоса. Ширину дернин принимают до 20 сми толщину - 6-10 см; длина же их определяется условиями заготовки и может быть 30-40 см и больше. При механизированной заготовке получают ленточные дернины до двух метров. Для предупреждения, смещения дернин их крепят к поверхности откоса деревянными спицами длиной 20-30 см, круглого или прямоугольного сечения примерно 2х2 см с заостренным концом. Внутреннюю часть клеток засыпают растительной землей заподлицо с верхом дернин и затем засевают травами.

После образования растительного покрова в клетках низовой откос будет иметь сплошной зеленый покров, способный противостоять разрушающему действию атмосферных влияний. Если нет дерна или некогда ждать его приживания на откосе, для образования клеток применяют камень.

Во всех случаях, когда низовой откос плотины укрепляют залужением, следует применять смеси семян многолетних трав, которые своей хорошо развитой корневой системой создают прочный дерновой покров, а подбирать травосмеси нужно с учетом географических зон, привлекая для этого сведущих специалистов-луговодов.

Чтобы посеянные семена не сдувал ветер, проводят легкое уплотнение поверхностного слоя. Для более равномерного распределения семян при посеве, когда он ведется вручную, к ним добавляют песок, сухую землю или влажные опилки. Полезно в смесь семян, состоящих из луговых трав, добавлять семена покровных злаков - ржи, ячменя или овса, стебли которых хорошо защищают молодые всходы трав от заморозков, осушающего действия ветра и солнечных лучей.

Крепление низового откоса плотины высотой до 15м при благоприятных условиях произрастания трав рекомендуется осуществлять сплошной одерновкой или в клетку; в виде покрытия растительным грунтом 0,2-0,3м с посевом трав (люцерны, клевера, тимофеевки, смеси тимофеевки с клевером, пырея) и последующим уходом.

В данном курсовом проекте принято…________________________

Выполнить рисунок «Крепление низового откоса»

2.3.4. Проектирование поперечного профиля плотины

Проектирование поперечного профиля плотины выполняется в соответствии со СНиП 2.05.11-83

2.3.4.1.Определяем ширину гребня

Гребень плотины обычно используется для устройства автомобильной или железной дороги, размеры которых назначают, руководствуясь требованиями соответствующих нормативных документов. Основные параметры гребня плотины при устройстве на нем автомобильной дороги приведены в таблице 1.

Как следует из таблицы 1 при устройстве по гребню автомобильной дороги IV категории ширина его должна быть не менее 6 м.

В= ____________м, ширина земляного полотна

Таблица 1

Категория дороги	Ширина, м
	проезжей части	обочин	разделительной полосы	гребня плотины
I	15,0	3,75	5,0	27,5
II	7,5	3,75		15,0
III	7,0	2,5		12,0
IV	6,0	2,0		10,0
V	4,5	1,75		8,0

2. Определяем заложение откосов плотины.

Согласно СНиП 2.06.05 – 84 по грунту, слагающему тело плотины и по предварительной высоте плотины.

Коэффициенты заложения откосов плотин из грунтовых материалов приведены в таблице 2

Таблица 2 2

m₁=

m₂₌

2.3.4.3.Определяем высоту плотины согласно принятых по схеме обозначений.

Н_пл= (НПУ – ТР) + d, м

2.3.4.4. Определяем запас высоты плотины.

Высоту плотины назначаем с превышением d над расчётным уровнем воды в водохранилище, гарантирующем отсутствие перелива воды через гребень и равным:

d = Δh + h_н+ a,

где: Δh – высота ветрового нагона волны;

h_н– высота наката волн на откос плотины;

a– конструктивный запас, для четвертого класса капитальности = 0,4м

2.3.4.5. Определяем высоту наката волн на откос плотины

h_н=3,2 · С ·К · tgα,

где С - высота волны, м

К- коэффициент для гладкого откоса К=1,

для откоса из каменной наброски К=0,77

tg =1/m₁

₂⁵ • , м

2.3.4.6. Рассчитаем высоту ветрового нагона воды по следующей зависимости:

Δh= К· W₁₀²· L cos α

3 g·H

где: W – расчётная скорость ветра на высоте 10 м над уровнем воды, W₁₀=1.25 ·W₂

К – коэффициент, зависящий от скорости ветра, К=6·10^-3;

L – длина разгона ветровой волны;

g – ускорение свободного падения,  ; 

H – условная расчётная глубина воды в водохранилище,

Н =▼НПУ - ▼ТР м;

- угол между продольной осью водоёма и направлением господствующих ветров;

Таким образом, высота ветрового нагона, вычисленная по формуле при уровне воды в водохранилище на отметке НПУ, равна ______________

2.3.4.7. Определяем отметку гребня

▼ГП=▼НПУ + d, м

2.3.4.8. Определяем ширину плотины по основанию

В = Н_пл · (m₁+m₂) + b, м

2.3.4.9. Строим поперечный профиль грунтовой плотины.

Масштаб 1:200 или 1:300

В соответствии с требованиями ЕСКД и ГОСТа.

4. Фильтрационный расчет

Целью фильтрационного расчета является установление положения кривой депрессии и вычисления величины удельного фильтрационного расхода через тело плотины и основание.

2.3.5.1.Определяем расстояние Н для установления раздельного сечения, где ε – опытный коэффициент (0,3 0,4).

ε•Н=______, м

2.3.5.2. Находим расстояние от раздельного сечения до подошвы низового откоса плотины

L = (ε•Н+d) · m₁+ b +Hпл· m₂, м

2.3.5.3. Определяем расстояние – место выхода кривой депрессии на низовой откос.

h₁=  , м

2.3.5.4. Определяем удельный фильтрационный расход через тело плотины

q_Т= К_ф· (H₂²h₁²)²/(2 ·L m₂· h₁), м/сут

где q_{Т –} расход воды через тело плотины, м/сут

К_ф  коэффициент фильтрации тела плотины, по условиям задания

К_ф = 0.010

2.3.5.5. Определяем удельный фильтрационный расход через основание плотины

q_осн=Т· К_ф.осн ·H, где n – коэффициент, определяемый по таблице 3

n·B

Таблица 3

В/Т	20	5	4	3	2	1
N	1,15	1,18	1,23	1,30	1,44	1,81

2.3.5.6. Вычисляем ординаты кривой депрессии по уравнению

У=

Задаемся значениями х не менее 5 раз, начиная от Х= (Е•Н+d) · m₁ ,

до Х₆=L – m₂ h₁

Расчет вводим в таблицу 4

Таблица 4

Х1	Х2	Х3	Х4	Х5	Х6
У1	У2	У3	У4	У5	У6

Правильность выполнения расчетов подтверждается, если выполнено условие Х₆=L – m₂•h₁ y₆=h₁

2.3.5.7. По полученным данным на поперечном профиле грунтовой плотины строим кривую депрессии

Согласно полученным результатам делается вывод и делается определение относительно дренажа.

2.3. 6. Конструкция дренажа

Дренаж устраивается со стороны низового откоса в пониженных частях плотины (русловой или пойменной). Дренаж тела грунтовой плотины устраивают с целью:

- Предотвращения выхода фильтрационного потока на низовой откос (в зону, подверженную промерзанию);

- Отвода воды, фильтрующейся через тело и основание, в нижний бьеф;

- Предотвращение фильтрационных деформаций, особенно явления суффозии, т.е. вымыва мелких частиц грунта плотины и основания фильтрационным потоком;

- Понижения положения кривой депрессии;

- Повышения устойчивости низового откоса.

Дренаж должен быть доступен для осмотра и ремонта и снабжен контролирующими устройствами: смотровыми колодцами, измерительными приборами для определения расхода фильтрационного потока и рейками для замера уровней воды.

Дренаж рекомендуется устраивать во всех типах плотин различной высоты, особенно в том случае, если грунт основания менее проницаем, чем грунт тела плотины. В невысоких грунтовых плотинах с напором 8-10м дренаж можно не устраивать, особенно если плотина располагается на проницаемом основании.

По конструкции и расположению в теле плотины дренажи делятся на внутренние, наружные и комбинированные. Рекомендуется в курсовых проектах проектировать дренаж по типу каменной призмы (рис. 7), такой дренаж устраивается из камня и щебня.

Дренажная призма, кроме основного своего назначения, является упором низового откоса плотины. С внутренней стороны дренажной призмы, примыкающей к телу плотины, и в основании её укладывается обратный фильтр из слоев песка и гравия или щебня. В плотинах из суглинистых грунтов обратный фильтр можно устраивать из одного слоя гравия или щебня.

Материалы, применяемые для обратного фильтра, должны быть чисто промыты, то есть не содержать илистых частиц и глинистых, и отсортированы. Крупность частиц последующего слоя обратного фильтра по отношению к предыдущему должна увеличиваться в 5-10 раз. Например, если первый слой состоит из песка средней крупности 0,5мм, то второй слой должен состоять из гравия диаметром 2,5-5мм, а третий слой – из гальки диаметром 12,5-25мм. Толщина отдельных слоев фильтра принимается 15-20см. Сама призма обычно устраивается из камня или щебня размерами 5-20см и больше, распределяемого при производстве работ так, чтобы в сторону обратного фильтра располагался мелкий камень, а в противоположную – крупный.

Р ис. 7. Дренажная призма: 1– обратный фильтр; 2– откос плотины; 3 – отмостка;

m – коэффициент откоса;

b_b–ширина банкета поверху;

а–не менее глубины промерзания.

Дренажная призма весьма распространенный тип дренажа, оправдавший себя на практике и имеющий много положительных сторон, к числу которых можно отнести:

- доступность выполнения простыми средствами;

- повышение устойчивости низового откоса (своего рода упор для плотины);

- защиту низового откоса от волновых воздействий;

- дренирование не только плотины, но и ее основания;

- дренирование тела плотины при подъеме уровня воды в нижнем бьефе.

Недостаток дренажной призмы состоит в том, что поперечное сечение ее во много раз превышает потребные размеры, необходимые для приема и отвода профильтровавшейся воды, отсюда требуется очень большой объем камня и материалов для обратного фильтра. Устройство призмы трудоемко и требует применения ручного труда.

Изменение заложения откосов дренажа в большую сторону не ограничивается, если это вызывается снижением кривой депрессии или дренированием грунтов основания.

Ширину дренажной призмы поверху назначают по конструктивным соображениям или из условия производства работ. Какое-либо хозяйственное или строительное использование гребня призмы, например положение по ней дороги, недопустимо. Ширина дренажной призмы поверху обычно бывает от 1/4 до 1/3  ее высоты, но не менее 1м.Ориентировочно считают, что высота дренажной призмы составляет 0,15-0,20 от высоты плотины. При принятой высоте призмы, исходя из обеспечения заданного расстояния от плоскости низового откоса до кривой депрессии, можно определить ширину дренажной призмы по основанию.

В тех случаях, когда в нижнем бьефе есть вода, гребень дренажной призмы располагают выше максимального уровня с запасом на накат волны. При кратковременном подъеме уровня воды нижнего бьефа выше гребня дренажа, что бывает в водохранилищных плотинах в период пропуска паводковых расходов, допускается выполнять дренаж пониженной высоты, а низовой откос выше гребня для предупреждения размыва от волновых воздействий укреплять

Верх дренажной призмы должен быть выше уровня воды нижнего бьефа на 0,5-1м. внутренний откос призмы выполняют с коэффициентом заложения m₁-1, а наружный – с коэффициентом заложения m₂-1,5. ширина дренажной призмы по верху принимается 1-2м. дренажную призму можно устраивать без бермы, тогда наружный откос дренажной призмы располагается заподлицо с низовым откосом плотины.

Схему дренажной призмы выполнить на миллиметровой бумаге формат А4. Если в задании на курсовое проектирование указана конструкция грунтовой плотины без дренажа, то этот вопрос в пояснительной записке освещать не надо.

2.4. Водосбросное сооружение

2.4.1. Выбор типа и конструкции водосбросного сооружения

Водосбросное сооружение необходимо для сброса из водохранилища в нижний бьеф излишних паводковых вод, так как топографические условия не позволяют полностью зарегулировать весенний сток.

На выбор типа водосброса влияют следующие факторы:

- расчетный сбросный расход Q, м³/с;

- разность уровней ФПУ и НПУ (величина слоя форсировки);

- напор перед плотиной;

- напор на пороге водосброса;

- геологические условия и другие факторы.

Рассматриваются два-три варианта различных водосбросов, и на основании их сравнения выбирается наиболее выгодный для данных условий.

Все элементы водосбросного сооружения должны располагаться на плотном материковом грунте. Трасса выброса намечается на генплане с учетом требований минимальной длины.

2.4.2. Гидравлический расчет водосброса

Целью гидравлического расчета является определение основных размеров водосбросного сооружения при пропуске через него максимального расчетного расхода принятой обеспеченности (далее проводится порядок расчета согласно выбранному типу).

2.4.2.1. На плане в горизонталях в масштабе 1:1000 проектируем плотину.

Створ плотины располагается в наиболее узком месте балки или речной долины, для создания более емкого водохранилища (пруда).

2.4.2.2. На плане проектируем водосбросное сооружение

Трасса сооружения намечается в обход плеча плотины по пологому берегу.

Входная часть канала должна быть удалена от плотины не менее чем на 20 м, не ближе 10-15 м от места сопряжения плотины с берегами, а выход в нижний бьеф не менее 50 м.

При повороте канала радиус поворота равен R=5 В_ур, где В_ур – ширина канала по урезу воды, В_ур = 10-15 м.

2.4.2.3. На миллиметровой бумаге проектируем продольные профили по оси плотины и по оси водосброса.

Длину подводящего канала определяем следующим образом:

из точки пересечения НПУ проводим пунктирную линию до пересечения с линией откоса. От этой точки откладываем вниз разницу глубины подводящего канала на откос h = h₂+t.

Затем вписываем строительную высоту канала во втором сечении:

h_стр = h₂+t, где

 t - возвышение дамб в грунтовых каналах над уровнем воды,

 t=0,2÷0,3м

Из точки пересечения h_стр с линией откоса опускаем вертикаль. Эта вертикаль и будет концом подводящего канала (сечение П-П) и началом входной части сопрягающего сооружения.

2.4.2.4. Производим гидравлический расчет подводящего канала водосброса.

Для граничных сечений, т.е. в начале и в конце подводящего канала вычисляем гидравлические элементы:

1. находим площадь поперечного сечения канала

= , м

Vр- расчетная скорость, принимаемая в зависимости от грунта ( 0,5 0,7 ) м/с.

2. определяем ширину канала по дну

b₁= ω/h₁ – m •h₁, м

b₂= ω /h₂ – m• h₂, м

m – заложение откоса канала принимаем в зависимости от грунта.

3. определяем смоченные периметры

χ₁=b₁+2• h₁ , м

χ₂=b₂+2• h₂ , м

4) определяем гидравлические радиусы

R₁= , м; R₂= , м; Rср =

5. по справочнику Киселева по коэффициенту шероховатости и гидравлическому радиусу Rср находим коэффициент Шези С

Сср=

5. вычисляем средний уклон трения

i_ср=

5. определяем уклон дна канала

+

S – расстояние от сечения до сечения П-П снимаем с чертежа.

5. вычисляем отметку дна канала во втором сечении

₂= НПУ • S

5. определяем положение дна подводящего канала

На продольный профиль во втором сечении откладываем отметку дна ₂ и соединяем с ₁

5. намечаем отметку дна отводящего канала ₃₌ ТР (1,5 2,0), м

6. определяем уклон местности под сооружение i=

Соединяем ₂ и ₃, находим разницу отметок ( ₂- ₃) и горизонтальное проложение L между ними, L - снимаем с чертежа

5. принимаем тип сопрягающего сооружения

Если i ≥0,15 0,30, то устраиваем сопрягающее сооружение в виде перепада.

Если i ≤0,15, то устраиваем сопрягающее сооружение в виде быстротока.

Вывод: В данном проекте принято сопрягающее сооружение в виде__________________т.к.________________

2.5. Водовыпуск

2.5.1. Выбор типа и конструкции

Водовыпускное сооружение служит для частичного или полного опорожнения пруда на случай осмотра и ремонта гидроузла.

Трубчатые водовыпуски представляют собой конструкцию, которая получила наибольшее распространение на гидроузлах с грунтовыми плотинами. Различают башенные и безбашенные водовыпуски. Первые, в свою очередь, делятся по местоположению башни управления затворами на водовыпуски с выдвинутой башней, размещенной в зоне подошвы верхового откоса плотины, водовыпуски с башней, расположенной в средней части верхового откоса, водовыпуски с башней, находящейся либо у гребня плотины (рис. 4,33, а, б), либо со стороны низового откоса. Галереи трубчатого водовыпуска либо непосредственно используют в качестве водопропускного тракта, либо они имеют внутри себя трубопроводы для пропуска эксплуатационных расходов. Входная часть трубчатого водовыпуска (от входного оголовка до камеры затворов) в большинстве эксплуатационных случаев работает в напорном режиме; транзитная и концевая части могут работать либо в напорном, либо в безнапорном режиме. Анализ опыта эксплуатации трубчатых водовыпусков гидроузлов в странах с жарким климатом дал возможность сделать следующие выводы: наиболее рациональный режим работы транзитной части - безнапорный, его надежное обеспечение позволяет избежать возникновения неблагоприятных переходных режимов, а также облегчить условия работы стенок галерей и их уплотнений; напорный режим рационален при наличии в галереях стальных или железобетонных трубопроводов, в этом случае сами галереи используют в период эксплуатации для ревизии и ухода за трубопроводами; допущение работы самих галерей в напорном и полунапорном режимах сопровождается существенным усложнением и удорожанием их конструкции; наиболее целесообразно выдвинутое или частично выдвинутое положение башни управления, позволяющее сократить до минимума длину напорной трудно осматриваемой части водовыпуска.

Трубчатый водовыпуск состоит, в общем случае, из трубопровода, входного и выходного оголовков. Для регулирования работы водовыпуска на концевой части трубы устраивается задвижка в колодце, собранном из колец.

Трубопровод выполняется из стальных труб стандартного диаметра. Он укладывается непосредственно на грунтовое основание без подготовки. Для повышения надежности работы сооружения на трубопроводе устанавливаются диафрагмы и по всей длине его производится обсыпка с грунтом с тщательным уплотнением. Для защиты от засорения трубопровода на выходном оголовке, выполненном в виде раструба, устанавливается решетка из металлических стержней диаметром 6мм с просветом 20мм. Перед входом устраивается приямок с креплением дна и откосов сборными железобетонными плитами.

Выход трубопровода осуществляется в воронку размыва или водобойный колодец.

С наружной стороны трубопровода производится его тщательная гидроизоляция.

2.5.2. Гидравлический расчет водовыпуска

Целью гидровлического расчета является определение по нормативному сроку опорожнения водохранилища (t=30…40 сут.) диаметра трубопровода и количества ниток

1). Расчетный расход Q расч=________м³/с

2). Задаемся тремя значениями диаметра трубы:

d₁=0,5 м; d₂=0,8 м; d₃=1.0 м

3). Определяем суммарный коэффициент местных сопротивлений

S (потери)=Sвх+Sз+ Sр+Sвых,

где Sвх – коэффициент сопротивления на входе = 0,2

Sз – коэффициент сопротивления затвора = 0,2

Sр – коэффициент сопротивления решетки = 1,5•

d – диаметр входного отверстия, он принимается больше диаметра трубы на величину 0,2 м

Sвых – коэффициент сопротивления на выходе = 1

Sр₁=

Sр₂=

Sр₃=

∑S₁=

∑S₂=

∑S₃=

4). Определяем гидравлический радиус

R₁ = , м;

R₂ = , м;

R₃ = , м

5). Графически по плану определяем длину трубы:

L=_________м

6). Определяем коэффициент расхода

µ=

∑ S₁ – суммарный коэффициент

- коэффициент сопротивления по длине трубы = 0,025

₁₌

₂₌

₃₌

7). Определяем расход, который пропустит принятый диаметр трубы:

Q = µ• , м³/с

Q₁= µ• , м³/с

Q₂= µ• , м³/с

Q₃= µ• , м³/с

8). Определяем напор, м

Н₁= НПУ – ∇ОТ₁, м

Н₂=∇НПУ – ∇ОТ₂, м

Н₃=∇НПУ – ∇ОТ₃, м

8). Определяем отметку оси трубы:

∇ОТ₁=∇ТР+

∇ОТ₂=∇ТР+

∇ОТ₃=∇ТР+

9). Строим кривую зависимости: Q=f(d)

Определяем диаметр трубопровода d=_________мм

Вывод: для пропуска расхода Q = ________м3/с диаметр трубы d= ______мм

2.6. Производство работ

В разделах необходимо предоставить расчеты по вычислению объема насыпи плотины, площадей планировки откосов плотины, а также срезки растительного слоя под подошвой плотины.

Расчет объемов земляных работ осуществляется по рабочим чертежам (продольный профиль плотины)…

2.6.1. Объемы работ по плотине

по Генплану строим продольный профиль по оси плотины

- размеры плотины берем с поперечного профиля плотины в;

- расчет сводим в таблицу 5

- площадь поперечного сечения соответствует точке

F= (b+m_ср•h) •h

m_ср=

F_ср=

V= F_ср• L, где

V- объем насыпи плотины, м³

L - расстояние между сечениями, м

Таблица 5

№ точки	Пикетные и полюсовые точки	Отметки поверхности земли, м	Отметка гребня плотины, м	Высота насыпи, h, м	Площадь поперечного сечения, F, м	Средняя площадь, Fср, м	Расстояние между точками	Объем насыпи, V, м3

=

2. Подсчитать площади откосов плотин (расчет свести в таблицу 6)

Sотк= Lср• L

где L - берется с продольного профиля,

Lср - средняя длина откосов, м.

Lср=

L₁, L₂ - длина откосов в точках 1 и 2, м

Длина верхового откоса в характерных точках определяется по формуле:

Lверх.отк=h •

где h берется с профиля

m₁=

аналогично определяется длина низового откоса по формуле:

Lниз.отк=h •

при определении длины откосов значения выражений и являются постоянными

2. Подсчитать площади основания плотины

Fосн вычисляют по площади её откосов и гребня по формуле:

Fосн= +b•L

где m₁ и m₂ – заложения верхового и низового откосов

S₁ – площадь верхового откоса, м²

S₂ – площадь низового откоса, м²

b - ширина плотины по гребню, м

L - длина гребня плотины, м

3. Подсчитать объем срезки растительного слоя грунта с основания плотины

Расчет производится по формуле:

Vср=Fосн • hср,

где Fосн - площадь основания плотины, м²

hср – толщина срезки растительного слоя, м

Подсчет длины откосов плотины

Таблица 6

№ точки	Пикетные и полюсовые точки	Высота насыпи h	Длина откосов L м		Средняя длина Lср м		Расстояние между точками	Площадь откоса, S м2
			Верхового	Низового	Верхового	Низового		Верхового	Низового

2.6.2. Последовательность производства работ по отсыпке тела плотины.

В данном разделе следует описать краткие сооружения по производству работ, начиная со следующего:

Объектом строительства является пруд на реке _______________, предназначенный для целей рыборазведения. При выполнении работ рекомендуется следующая очередность строительства:

Донный водовыпуск

Водосбросное сооружение

Грунтовая плотина

Мелиорация ложа пруда может выполняться параллельно с вышеперечисленными работами.

Описание производится путем самостоятельной работы с литературой.

2.9. Водохранилищные мероприятия. Пункт 2.7.1. и 2.7.2. разрабатываются самостоятельно согласно рекомендуемой литературе.

2.10. Эксплуатация прудов

Пункты 2.8.1.; 2.8.2.; 2.8.3.; 2.8.4. разрабатываются самостоятельно согласно рекомендуемой литературе.

Заключение

Заключение пишется согласно поставленной цели и принятых конструктивных и технических решений по всему проекту с оценкой целесообразности строительства запроектированного гидроузла.

Список рекомендованной литературы:

1. СНиП 2.06.05-84 Плотины из грунтовых материалов

2. Железняков Г. В, Ибад-заде Ю. А, Иванов П. Л. Гидротехнические сооружения. Справочник проектировщика. Стройиздат - М.,1983, 543с.

3. Лапшенков В. С. Курсовое и дипломное проектирование по гидротехническим сооружениям. Агропромиздат - М., 1989, 448с.

4. Смирнов Г.Н, Курлович Е. В, Витренко И. А, Мальгина И. А. Гидрология, гидротехнические сооружения. Издательство «Высшая школа» - М., 1988

5. Учебное пособие «Проектирование сооружений гидроузла с грунтовой плотиной». В.И. Волков, А.Г. Журавлёва, О.Н. Черных. Москва, 2007г.

6. Учебник «Природоохранные сооружения», М.А.Попов, И.С.Румянцев. Москва: Колосс, 2005.

34