3.1.3 Расчёт гашения энергии потока в нижнем бьефе плотины

Расчет сопряжения бьефов и определение глубины водобойного колодца. Определяется подбором h_c .

Расчет h_c начинается с h_c=0 по формуле:

h_c=q/φ*√2g*(H+P- h_c) (10)

где:

h_c- глубина потока в сжатом сечении, м;

g=9,78 м/с² – скорость свободного падения;

φ-0,85 – 0,95 – коэффициент скорости ;

Р- высота плотины, м;

Н- напор на водосливе, м;

q- удельный расход, м³/с;

1. h_c=31,9/0,9*√2*9,8*(14,7+19-0)=1,38 м

2. h_c=31,9/0,9*√2*9,8*(14,7+19-1,38)=1,4 м

3. h_c=31,9/0,9*√2*9,8*(14,7+19-1,4)=1,4 м

Приравнивается h_c= h₁ и определяется h₂ по формуле:

h₂= h₁/2*(√1+8α* q²/g* h₁³-1) (11)

α=1,1;

q- удельный расход, м³/с;

g=9,78 м/с² – скорость свободного падения;

h₁- глубина потока до гидравлического прыжка, м;

h₂ – глубина потока за гидравлическим прыжком, м;

h₂= 1, 4/2*(√1+8*1,1* 31,9²/9,8* 1,4³-1)=12,77 м

Сравниваем h₂ > t и h₂ ≤ t .

t=↓УНБ-↓дна (12)

t=220-217=3 м

В курсовом проекте так как 12,77<3 ,проектируется водобойный колодец.

d_к=1,2*( h₂- t) (13)

h₂ – глубина потока за гидравлическим прыжком, м;

t – глубина в нижнем бьефе, м;

d_к=1,2*(12,77 - 3) =11,72м

Определяется новая h_c по формуле:

h_c=q/φ*√2g*(H+P+ d_к - h_c) (14)

где:

q- удельный расход, м³/с;

g=9,78 м/с² – скорость свободного падения;

φ-0,85 – 0,95 – коэффициент скорости ;

d_к- глубина водобойного колодца, м;

Н – напор на водосливе, м;

P – высота водосливной плотины, м;

h_c – глубина потока в сжатом сечении, м;

h_c= h₁'

1)h_c=31,9/0,9*√2*9,8*(8+8+11,77-1,4)=1,34 м

2)h_c=31,9/0,9*√2*9,8*(8+8+11,77 -1,34)=1,34 м

h₂' = (h₁'/2)*√1+(8*α*q²/g* h₁'³ ) (15)

где:

α = 1,1 ;

q- удельный расход, м³/с;

g=9,78 м/с² – скорость свободного падения;

h₁'- глубина потока в сжатом сечении;

h₂' = (1,34/2)*√1+(8*1,1*31,9²/9,8* 1,34³ ) =13,078 м

Приравнивается Ϭ₃ * h₂' к t* d_к+∆Z :

Ϭ₃ * h₂'=1,1*13,078 (16)

где:

Ϭ₃ – коэффициент запаса на затопление – 1,1

h₂'- глубина потока за гидравлическим прыжком, м;

d_к+∆Z=3+11,77+1,4

Так как 11,96˂16,17 задается новая величина d_к.

d_к= Ϭ₃ * h₂'- t-∆Z (17)

d_к= 1,1 *11,96- 3 -1,4=8,76 м

Определяется длина водобойного колодца l_к по формуле:

l_к= l_n=5*(h₂-h₁) (18)

l_к=5*(16-3)=65 м

3.1.4 Конструирование водосливной плотины

Для защиты грунта основания плотины от размыва бурным потоком, сбрасываемым через плотину проектируются устройства нижнего бьефа. К ним относятся: водобой с гасителями энергии; гибкая рисберма - водопроницаемая часть русла в нижнем бьефе предназначенная для сопряжения водобоя с руслом и предохранения русла от размыва и для снижения скоростей водного потока. Выбор типа и размеров устройств нижнего бьефа определяется допустимой скоростью течения на рисберме, зависящей от вида грунта на котором она располагается. Длина рисбермы составляет 82,5 м. За допустимую скорость в курсовом проекте принимается Ʋ_р =2,5…3,0 м/с, так как грунт основания песчаный. Исходя из этих данных определяется удельный расход на рисберме q_р и глубина на рисберме h_р по формулам :

q_р=Q_n/Σ_b+Σ_a+Σ_a1 (19)

Q_n –2000 м³/с – расход на водосливе

Σ_b+Σ_a+Σ_a1 - длина водосливной плотины, м

q_р=2000/60+8+8=26,31 м³/с

h_р= q_р/ Ʋ_р (20)

q_р - удельный расход на рисберме,

Ʋ_р - скоростью течения на рисберме,

h_р= 26,31/ 2,5=10,52 м

На песке и глине плиты рисбермы ступенчато уменьшаются по толщине до 1…0,5 м, длина рисбермы определяется по формуле:

l_р=1,5* l_к (21)

l_к – длина рисбермы,

l_р=1,5* 65=97,5 м

Водобой устраивается в виде горизонтальной бетонной плиты, предназначенной для интенсивного гашения избыточной энергии и восприятия динамического воздействия сбрасываемого потока. Гашение энергии достигается устройством водобойного колодца и гасителей. Основные типы гасителей: сплошная водобойная стенка; водобойная стенка с прорезями; пирсы и шашки различной формы, устанавливаемые рядом в шахматном порядке; струенаправляющие стенки-пирсы, вызывающие растекание потока в плане. В курсовом проекте глубина водобойного колодца составляет 4,6 м; длина водобойной плиты 55 м.

Для предохранения тела бетонной плотины от выветривания, агрессивного воздействия, чрезмерной фильтрации воды, истирания проводятся защитные мероприятия. На напорной грани укладывается 2—3-метровый слой особо плотного (водонепроницаемого) бетона, а на низовой — слой специально подобранного морозостойкого бетона; подошву сооружения выполняют из водонепроницаемого и не подверженного коррозии бетона.

В верхнем бьефе плотины проектируется понур - один из эффективных противофильтрационных элементов подземного контура плотины на нескальном основании. Его назначение - снижать фильтрационное противодавление в основании плотины путем удлинения путей фильтрации. Его длина 9 м, толщина 0,5м.

Фундамент - подземная часть плотины, изготовленная из бетона, которая воспринимает все нагрузки от вышележащих конструкций и распределяет их по основанию. Так как плотина находится на нескальном основании проектируются верховой и низовой подплотинные зубья – противофильтрационные устройства. Фундамент заглублен на 7 м , его ширина составляет 26 м.