4. Назначение класса плотины

Класс бетонной водосливной плотины назначается по СНиП 33-01-2003 [1] в зависимости от ее высоты и типа грунтов основания, социально-экономической ответственности и последствий возможных гидродинамических аварий.

Назначать класс бетонной водосливной плотины следует в соответствии по приложению Б настоящих методических указаний.

В соответствии с классом водосливной плотины назначаются коэффициент надежности плотины [1]:

I кл.– =1,25;

II кл. – =1,20;

III кл. – =1,15;

IV кл. – =1,10.

Рис. 3.1.

5. Фильтрационный расчет плотины

Основными задачами фильтрационного расчета плотины являются: выбор схемы подземного контура, назначение размеров его водонепроницаемых и водопроницаемых элементов, проверка размеров водонепроницаемой части подземного контура по условиям отсутствия фильтрационных деформаций грунта в основании, определение фильтрационного давления и фильтрационного расхода в основании. В фильтрационном расчете рассматривается плоская задача, грунт основания считается однородным и изотропным.

Целями фильтрационных расчетов подземного контура водосливной плотины является:

1) построение эпюры фильтрационного давления, действующего на подземный контур водосливной плотины;

2) проверка размеров подземного контура по условиям отсутствия фильтрационных деформаций в основании (общая фильтрационная прочность) и в области выхода фильтрационного потока (местная фильтрационная прочность);

3) определение фильтрационного расхода в основании водосливной плотины.

5.1. Выбор схемы и основных размеров элементов подземного контура

Выбор схемы подземного контура производится, исходя из геологических условий в основании водосливной плотины – характеристик грунта и глубины заложения водоупора, а также действующего напора.

Основные размеры элементов подземного контура следует назначать в соответствии с рекомендациями гл. 3 настоящих методических указаний.

В случае, когда водоупор залегает на большей глубине или не определен, следует принимать схему подземного контура с висячим верховым шпунтом и понуром.

Если в основании водосливной плотины водоупор залегает на глубине не более 10÷15 м от подошвы плотины, то следует принимать схему с верховым шпунтом добитым до водоупора. В этом случае понур не нужен.

В курсовом проекте возможны три схемы подземного контура водосливной плотины:

1) с висячим верховым шпунтом и понуром;

2) со шпунтом, добитым до скального водоупора;

3) со шпунтом, добитым до глинистого водоупора.

5.2. Фильтрационный расчет подземного контура плотины

5.2.1. Схема с висячим шпунтом и понуром

Задавшись размерами подземного контура, определяется положение расчетного водоупора.

Горизонтальная проекция подземного контура равна (рис. 5.1):

, (5.1)

где: – длина понура, м;

–длина тела плотины, м.

Вычисляется заглубление наиболее низкой точки подземного контура (шпунта) от поверхности дна верхнего бьефа:

, (5.2)

где: – заглубление наиболее низкой точки подземного контура, м;

–отметка дна в верхнем бьефе, м;

–отметка шпунта, принимается кратно длине шпунта.

Определяется активная зона (глубина) фильтрации =согласно рекомендаций таблицы В1 приложения В.

Согласно рекомендаций [17 с. 40], если действительное заглубление водоупора , надлежит принимать:

, (5. 3)

если , надлежит принимать:

. (5.4)

Если T_Д=∞ (водоупор не обнаружен), то .

Далее подземный контур разбивается на участки (рис. 5.1). Для каждого из участков определяются коэффициенты сопротивления по зависимостям:

1) входной элемент (участок I).

Коэффициент сопротивления (при отсутствии понурного шпунта):

, (5.5)

где: - коэффициент сопротивления входного элемента подземного контура;

- средняя толщина понура, м;

–глубина от горизонтального участка подземного контура (понура) до водоупора.

2) горизонтальный элемент (участок II).

При длине элемента между двумя шпунтами :

, (5.6)

где: – длина понура, м;

–длина верхового шпунта, м, в нашем случае =0;

–расстояние от понура до конца шпунта под плотиной, м.

Если , то.

3) внутренняя вертикальная преграда – шпунт (участок III).

В случае, если и, то коэффициент сопротивления шпунта будет определяться по зависимости:

, (5.7)

где: – толщина уступа, м;

–глубина от фундаментной плиты до водоупора, м.

4) горизонтальный элемент (участок IV).

Если , гдеl – длина фундаментной плиты, то:

, (5.8)

где: – длина верхового подплотинного шпунта, м;

–длина низового подплотинного шпунта, м, в нашем случае =0.

5) выходной элемент (участок V).

, (5.9)

где: – глубина от подошвы водобоя до водоупора, м.

Потеря напора для каждого элемента подземного контура выражается формулой [17, с.40]:

, (5.10)

где: – коэффициент сопротивления i-ого элемента;

q – удельный фильтрационный расход в основании;

k – коэффициент фильтрации основания грунта.

Можно записать [25]:

, (5.11)

где: Н=↓НПУ-↓СНУВНБ – действующий напор, м.

Рис. 5.1.

Потери напора по элементам распределяются (в соответствии с формулой 5.10):

1) входной – ;

2) горизонтальный – ;

3) шпунт – ;

4) горизонтальный – ;

5) выходной – .

Сумма должна быть равна напоруН.

По результатам расчетов строится эпюра фильтрационного давления (рис. 5.1).

Величина удельного фильтрационного давления на один погонный метр фундаментной плиты вдоль напорного фронта определяется площадью части эпюры фильтрационного давления, действующего на тело плотины:

, кН/м.пог. (5.12)