7. Расчет сопрягающего устоя

7.1. Выбор схемы устоя

Сопрягающий устой служит для защиты торцевой части земляной плотины, берега или других сооружений от действия воды, сбрасываемой через водослив.

В пределах водосливной плотины на нескальном основании функцию устоя выполняет полубычок, входящий в крайнюю секцию плотины. На остальных участках устой конструируется как подпорная стенка.

В курсовом проекте устой целесообразнее всего принимать уголкового типа, расчетное сечение рекомендуется принимать непосредственно за водосливной плотиной где устой имеет максимальную высоту.

Длину тыловой консоли фундаментной плиты устоя следует назначать не менее 0,7 его высоты, длину внешней консоли не менее 0,2 высоты. Толщину фундаментной плиты рекомендуется принимать равной толщине фундаментной плиты плотины или плиты водобоя, Отметку подошвы устоя следует назначать на отметке подошвы плотины или водобоя.

Толщину вертикальной стенки устоя следует назначать из условия обеспечения общей устойчивости, как правило, толщина стены принимается переменной с утолщением у фундаментной плиты.

По результатам конструирования устоя составляется расчетная схема к статическому расчету устоя рис. 7.1.

При расчете рассматривается 1м продольной стенки устоя в том месте, где работа устоя оказывается наиболее тяжелой. В случае, когда в пролете плотины имеется флютбет, наиболее опасное сечение продольной стенки располагается непосредственно за линией затворов, где уровень воды в пролете плотины достаточно низкий.

7.2. Фильтрационный расчет устоя

Расчетная схема для фильтрационного расчета устоя аналогична схеме одношпунтового подземного контура, но в перевернутом виде, роль шпунта в которой играет заглубленная в земляную плотину диафрагма.

Глубина фильтрационного потока над водоупором за стенкой устоя в первой от полубычка устоя со стороны нижнего бьефа секции определяется по формуле [11]:

(7.1)

где: h_в и h_н – соответственно глубина воды над водоупором в верхнем и нижнем бьефах, м;

h_r – приведенный напор в расчетном сечении устоя на расстоянии Х м от диафрагмы определяется по графику [11, стр. 118] для θ=10⁰ в зависимости от Х/L₁ и S/L₁;

S – длина диафрагмы, м;

L₁ – расстояние от диафрагмы додренажа земляной плотины, м.

При известном уровне грунтовых вод за стенкой устоя на расчетной схеме устоя (рис. 7.1) строятся эпюры фильтрационного и взвешивающего давления, действующие на подошву устоя.

7.3. Статический расчет устоя

7.3.1. Сбор нагрузок, действующих на устой

Расчет ведется по I группе предельных состояний на расчетные нагрузки; расчетный период – рассматриваем нагрузки основного сочетания; расчетная схема – один погонный метр устоя.

Подсчет сил действующих на один погонный метр устоя ведется в таблице 7.1, моменты от действующих нагрузок определяются относительно середины подошвы устоя.

Схема к расчету устоя приведена на рис. 7.1.

Расчетные характеристики плотности грунта можно определить по следующим зависимостям:

, (7.2)

, (7.3)

, (7.4)

, (7.5)

где: – плотность частиц грунта, кН/м³ (т/м³);

n – пористость грунта средней плотности;

W – природная влажность грунта в долях единиц.

1. Собственный вес устоя по элементам определяется по формуле:

, кН (7.6)

где: - площадьi-го элемента устоя, .

2. Вертикальное давление воды на внешнюю консоль устоя определяется по формуле:

, кН (7.7)

где: - объем тела давления,;

- удельный вес воды.

3. Вертикальное давление грунта на тыловую консоль фундаментной плиты устоя определяется по формуле:

- выше уровня грунтовых вод

, кН (7.8)

- ниже уровня грунтовых вод

, кН (7.9)

где: – длины оснований трапеции сухого грунта, м;

–толщина слоя грунта естественной влажности, м;

–удельный вес грунта в состоянии естественной влажности, кН/м³;

,– длины оснований трапеции грунта в насыщенном водой состоянии, м;

–толщина слоя водонасыщенного грунта, м;

–удельный вес грунта в насыщенном водой состоянии, кН/м³.

4. Взвешивающее давление воды:

, кН (7.10)

где: - глубина воды в нижнем бьефе плотины от наинизшего уровня до подошвы устоя, м;

В – длина подошвы устоя, м.

5. Фильтрационное давление на подошву устоя определяется по формуле:

кН (7.11)

где: – напор на устой, м.

6. Активное давление грунта.

В состоянии естественной влажности выше уровня грунтовых вод активное давление грунта определяется по формуле:

. (7.12)

Для расчета давления грунта во взвешенном состоянии слоем (м) ниже уровня грунтовых вод, приводят грунт в состояние естественной влажности слоемк грунту во взвешенном состоянии, слоем:

. (7.13)

Определяются ординаты эпюры давления грунта во взвешенном состоянии на глубине и, м:

, (7.14)

Рис. 7.1.

. (7.15)

Площадь эпюры определяет силу давления грунта во взвешенном состоянии:

, кН (7.16)

7. Горизонтальное давление воды

, кН. (7.17)

где: – действующий напор, м.

Таблица 7.1.

Подсчет нагрузок, действующих на устой.

№ п/п

Наименование нагрузки

Обознач.

Нормативная нагрузка

Коэф. надеж. по нагрузке

Расчетная нагрузка, кН

Плечо силы

Момент силы, кН∙м

Расчетная формула

Величина нагрузки, кН

+

-

Вертикальные

1

Вес устоя

2

Вес воды

3

Вес грунта

4

Вес грунта

5

Взвешив. давление

6

Фильтрац. давление

∑

∑

∑вертик. сил

Горизонтальные

7

Давление воды

8

Давление воды

9

Давление грунта

10

Давление грунта

∑гориз. сил

∑

∑

Моменты от действующих нагрузок определяются относительно середины подошвы фундаментной плиты.