5. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ПО РАЗДЕЛУ «ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ СООРУЖЕНИЯ НА ЛЕСОСПЛАВНЫХ ПУТЯХ»

5.1. Исследование конструкции и условий эксплуатации водонапорной плотины

Цель работы. Изучить конструкцию и условия эксплуатации водонапорной железобетонной плотины на реке Малой Кокшаге.

Общие сведения. Плотиной называется гидротехническое сооружение, перегораживающее лесосплавную реку для подъема уровня воды и образования водохранилища с целью продления сроков лесосплава.

Плотины классифицируются по следующим основным признакам: 1) водохозяйственному назначению; 2) основному строительному материалу; 3) способу сопротивления сдвигу; 4) условиям попуска воды; 5) величине напора.

По водохозяйственному назначению плотины делятся на водо-

подъемные, поддерживающие уровень воды в верхнем бьефе, и водохранилищные, образующие водохранилище для регулирования стока. Иногда плотина одновременно выполняет обе эти функции.

По основному строительному материалу различают плотины: из грунтовых материалов (земляные, из каменной наброски или с ухой кладки и каменно-земляные); бетонные, конструкция которых зависит от геологических условий; железобетонные, более легкой конструкции, чем бетонные; деревянные, высотой от 5 до 6 м; из гибких материалов в виде оболочек, заполняемых водой или воздухом или мембран-полотнищ высотой 1…2 м.

По конструктивным признакам и способу сопротивления сдвигу

плотины подразделяются на пять групп:

гравитационные, обладающие значительной массой, за счет которой создается сила трения по основанию, уравновешивающая сдвигающее усилие (грунтовые, бетонные, деревянные на ряжевом основании плотины);

заанкеренные, сопротивление сдвигу которых создается конструкциями, заделанными в основание (бетонные с глубоким зубом, железобетонные плотины, скрепляемые со скальным основанием анкерными болтами, деревянные плотины со свайным ростверком);

107

контрфорсные, в которых давление воды, воспринимаемое напорным перекрытием, передается на вертикальные стенки (контрфорсы), а с них - на основание - свайный ростверк (бетонные и деревянные плотины);

арочные, работающие как свод, положенный на бок и упирающийся своими пятами в скальные берега (железобетонные плотины);

плотины запанного типа, передающие сдвигающее усилие через стальные канаты (лежни) на береговые опоры.

Различают два типа лесосплавных плотин: глухие, не приспособленные для пропуска воды;

водосбросные, которые пропускают воду через отверстия в теле: а) поверхностные, работающие по принципу водослива; б) глубинные, работающие по принципу напорных труб.

В зависимости от напора воды в верхнем бьефе плотины общего назначения бывают низконапорные (Н=2…8 м); средненапорные (Н=8…40 м); высоконапорные (Н>40 м). В лесосплавных сооружениях низконапорными считают плотины (Н<5 м), а плотин ы с напором Н>5 м относят к высоконапорным.

Описание водонапорной плотины

Гидротехнический объект состоит из вод оподпорной железобетонной плотины, временного водомерного поста, мерной штанги 2 м, мерной рулетки 20 м, секундомера, поверхностных попла в- ков.

Водоподпорная плотина расположена на 101 км р. Малой Кокшаги, в двух километрах от г. Йошкар-Олы ( рис.4.11). Напор воды со стороны верхнего бьефа составляет Н=5 м. Подпор воды в р. Малой Кокшаге при отметке НПУ=82,5 м распространяется на длину 13 км при уклоне русла реки i=0,0001. Плотина пре д- ставляет собой бетонный массив с криволинейной водосливной частью 1 (рис. 5.1).

Основание плотины - железобетонные сваи сечением 0,3х0,3 м и длиной 8 м. В бетонном массиве устроены три конструктивных тепловых шва, два у береговых устоев и один - посередине. Понур 3 сооружен из глины толщиной 0,72 м, поверх которой уложены железобетонные плиты толщиной 0,2 м на щебеночной подготовке 0,08 м. Для гашения фильтрационного напора забиты сливной 4 и королевый 7 железобетонные шпунты (рис.5.2).

Сливная часть плотины построена в виде водобойного колодца 8 с водобойной стенкой 9 для гашения энергии переливающегося

108

потока через водослив. На дно водобойного колодца уложены яч е- истые железобетонные плиты толщиной 0,2 м на щебеночной

109

подготовке 0,08 м. Рисберма 10 укреплена каменной наброской в клетках толщиной 0,3 м на щебеночной подготовке 0,1 м. Донный водопуск 5 из металлической трубы диаметром 0,8 м и длиной 6 м служит для сброса весенних вод и опорожнения водохранилища в аварийных ситуациях. Труба перекрывается металлическим щитом с помощью винтового подъемника с ручным приводом.

Рис. 5.2. Флютбет железобетонной плотины:

1 – бетонный водос л и в ; 2 , 6 – уплотнения; 3 – понур; 4,7 – королевый и сливной шпунты из железобетонных свай; 5 – донный водоспуск; 8 – слив; 9 – водобойный зуб; 10 – рисберма

Рис.5.3. Береговой устой плотины

111

Береговые устои плотины (рис.5.3) представляют собой короб из монолитной железобетонной стенки уголкового типа, размерами 15х15х8м, открытого со стороны берега реки. Промежуточные русловые опоры - армобетонные бычки овальной формы шириной 1,63 м и длиной 3,5 м. Сборный железобетонный мост - служебный, пешеходный длиной 48,4 м и шириной 3,24 м.

На водосливе у левого берегового устоя установлена водомерная рейка, по которой измеряют уровень воды в водохранил ище.

Порядок проведения работы.

1. Ознакомиться с исходными данными для проектирования водоподпорной плотины на р. Малой Кокшаге по материалам водомерных постов Куяр и Шулка (табл. 5.1).

2.Изучить по техническому проекту конструкцию водопо д- порной плотины, зарисовать план, фасад, разрез по флютбету

(см. рис. 5.1…5.3).

3.Выписать из технического проекта основную техническую характеристику водоподпорной плотины (прил. 6).

4.Установить по техническому проекту значения коэффицие н- тов: расхода воды через водослив практического профиля m и бокового сжатия ε.

5.Измерить мерной лентой размеры основных элементов плотины (флютбета, водослива, русловых опор, береговых устоев, служебного моста), а также полную ширину фронта водосливного отверстия плотины b.

6.Измерить водомерной рейкой на расстоянии (3…5) Н от гребня водослива напор воды на водосливе плотины Н.

7.Измерить водомерной рейкой уровни воды в верхнем УВБ и

нижнем УНБ бьефах плотины.

8.Измерить поверхностными поплавками скорость подхода воды

кводосливу и занести данные в табл. 5.2.

112

Обработка экспериментальных данных.

1. Вычисляется средняя скорость подхода жидкости к водосливу плотины

υо=(υ1+υ2+υ3)/3, (5.1) υ1=S1/tср, (5.2) tср=(t1+t2+t3)/3, (5.3)

где υ1, υ2, υ3 - скорости хода поплавков в пролетах плотины, м/с; S1 - путь поплавка, м;

tср - средняя продолжительность хода поплавка, с.

2. Рассчитывается полный напор воды на водосливе плотины:

где Н - напор воды на водосливе плотины, м;

αо - коэффициент кинетической энергии потока; υо - скорость подхода потока к водосливу, м/с;

q - ускорение свободного паден ия потока, м/с2 .

3. Определяется расход воды через водосливное отверстие пло-

где в - полная ширина водосливного фронта плотины, м;

ε- коэффициент бокового сжатия водослива;

т- коэффициент расхода через водослив практического профиля;

Но - полный напор на пороге плотины, м;

q - ускорение свободного падения потока, м/с2 .

4. Сравнивается расчетный расход воды Q с зарегулированным расходом воды через плотину Qзар (см. табл.5.1).

5. Сопоставляются уровни воды в верхнем бьефе УВБ и НПУ и в нижнем бьефе УНБ.

6. Определяется полный напор воды на водосливе плотины при попуске расчетного максимального расхода воды 1% обеспеченно-

7. Вычисляется фильтрационный напор на пороге плотины:

Нф=ZНПУ-ZУНБ. (5.7)

8. Рассчитывается приведенная длина фильтрационного контура плотины:

где lп, lв - длины водонепроницаемых частей понура и водобоя, м; hп, hк - глубина забивки понурного и королевого шпунтовых ря-

дов, м.

9. Определяется условие фильтрационной прочности флютбета

где Со - коэффициент, характеризующий фильтрационную прочность основания плотины.

Сделать выводы по лабораторной работе

Контрольные вопросы:

1.Что называется плотиной?

2.По каким основным признакам классифицируются плотины?

3.Перечислите типы плотин по водохозяйственному назначению.

4.Перечислите типы плотин по основному строительному материалу.

5.Назовите типы плотин по конструктивным признакам и способу сопротивления сдвигу.

6.Какова конструкция плотины?

7.Где расположена плотина на р. Малой Кокшаге и каков ее тип?

8.Для чего построена водоподпорная плотина на р. Малой Кокшаге?

9.Где расположен временный водомерный пост и каково его устройство?

10.Какие исходные данные необходимы для проектирования водопо д- порной плотины?

11.Какова конструкция водоподпорной плотины и ее основных элементов?

12.Какова техническая характеристика водоподпорной плотины?

13.Как измерить полную ширину водосливного отверстия плотины?

14.Как определить значения коэффициентов расхода воды через водо-

слив т и бокового сжатия ε?

15.Как измерить уровень воды в верхнем и нижнем бьефах плотины?

16.Как измерить напор Н воды на водосливе плотины?

17.Как определить полный напор Но на водосливе плотины?

18.Как определить расход воды Q через водосливное отверстие плотины?

19.Как провести фильтрационный расчет плотины?

114