Гидротехнические сооружения

S

0,5

S

шт 1,5

T

,

T

0,75

S

1

T

где S – длина шпунта;

У

Т – заглубление расчетного водоупора под подошвой сооруже-

ния на участке непосредственно за шпунтом.

Т

5. Горизонтальный участок. Коэффициент сопротивления гори-

зонтального участка вычисляется по формуле

Н

гор

l 0,5 S1 S2

Б

T

,

(4.11)

где l – длина горизонтального участка;

й

и

S1 и S2 – длина шпунтов на границе участка;

Т – заглубление расчетного водоупора под рассматриваемым

участком.

Если на границе горизонтального участка имеется только один

шпунт, то в формулу (4.11) п дставляется S2

= 0, если шпунтов на

шпунт

границе участка нет, о S1

= S2р= 0. Если l < 0,5 (S1 + S2), то гор = 0.

Если

на

либо

учас ке есть несколько сопротивлений

каком-

(например,

уступ

о), коэффициент сопротивления такого

з

участка определяется суммой этих коэффициентов сопротивлений.

Полный

ф льтрационного потока (разность отметок НПУ

напор

и НБ) распределяется между отдельными участками подземного кон-

тура

прямо

пр п рционально численным значениями их коэффици-

с

р тивления.

Следовательно, потери напора h

на i-м

ентов

hi H

i ,

(4.12)

участке контура будут определяться по формуле

Р

Если в формуле (4.12) величину H принять в метрах, то ордина-

Т

ты эпюры фильтрационного давления получаются в метрах водяно-

го столба. Чтобы получить значения этих ординат в единицахУдав-

ления, их необходимо пересчитать по формуле

Н

hф i = g hi,

где hi – ординаты, м;

й

Б

– плотность воды.

и

Фильтрационная прочность грунта основания сооружения будет

обеспечена, если контролирующ й град ент фильтрационного по-

р

тока будет меньше его допустимого значен я:

о

H

градиент

и

Jк Jдоп.

Контролирующий

пределяется по зависимости

з

Jк

.

о

ΣξTр

Значения д пустимого градиента фильтрационного потока опре-

деляются табл. 4.5.

п

Таблица 4.5

Значения допустимого градиента фильтрационного потока Jдоп

Р

Наименование грунта, слагающего

Класс капитальности сооружения

верхний слой основания

I

II

III

IV

Глина

0,90

1,00

1,10

1,20

Суглинок

0,45

0,50

0,55

0,60

Наименование грунта, слагающего

Класс капитальности сооружения

верхний слой основания

I

II

III

IV

Песок крупный

0,36

0,40

0,44

0,48

Песок средней крупности

0,30

0,33

0,36

0,40

Песок мелкий

0,23

0,25

0,27

0,30

Нормальная фильтрационная прочность грунта определяется пу-

тем сложения всех сил, действующих на грунт в рассматриваемойУ

точке (фильтрационная сила, вес грунта и пригрузки и др.).

Определение фильтрационного расхода под сооружениемТпроиз-

водится только в том случае, когда есть водоупор. В этом случае

для значения Тд определяются коэффициенты сопротивленияН

всех

участков подземного контура и суммарный коэффициент сопротив-

ления '. Приведенный удельный расход определяетсяБ как

qr

1

,

й

Σξ

и

а удельный расход

р

о

,

q = k Н qr

т

где k – коэффиц ент ф льтрации грунта основания.

и

4.3.10. П стрзение эпюры фильтрационного давления

мет д м удлиненной контурной линии

о

М тод удлиненной контурной линии является приближенным и

п

заключа тся в следующем. Расчетный подземный контур (рис. 4.20, б)

е

'

разворачивается в одну линию 1–11 (рис. 4.20, г); определяется Tp

(см. п. 4.3.9), после чего вычисляется средняя глубина залегания водо-

Р

лучается линия АВ. В точке А откладывается отрезок длиной, рав-

ной напору Н, и конец этого отрезка соединяется с точкой В. Из по-

лученного графика определяем ординаты эпюры фильтрационного

давления

в

характерных

точках

расчетного

подземного

контура

(рис. 4.20, г), по которым строим эпюру фильтрационного давления

на подошву плотины (рис. 4.20, в).

У

УВБ

аа)

H

УВБ

Т

Н

дренаж

бб)

1

Б

2

3

7

8

11

5

6

9

10

й

вв)

4

иh

h 2

W

h 5

9

ф

h 7

р

h 10

H

о h 6

h 8

т

h

3

гг)

и

0

1

з

3

4

5

6

7

8

9

10

11

0

A

2

B

о h 3

h 6

h 7

h 8

h 4

h 5

h 11

h 9

h 10

H

h

1

h 2

п

е

Р

ис. 4.20. Схема к расчету фильтрации в основании бетонной плотины

методом удлиненной контурной линии:

а – схема плотины; б – расчетный подземный контур; в – эпюра фильтрационного

давления на подошву плотины; г – график к определению ординат эпюры

фильтрационного давления

4.3.11. Построение эпюры фильтрационного давления

для плотин на скальном основании

Скальные породы практически водонепроницаемы, но в них име-

ются трещины, по которым происходит движение фильтрационного

потока. Трещины могут иметь различные формы и размеры, движе-

ние воды в них может быть ламинарным и турбулентным. В связи с

этим построить эпюру противодавления на основе каких-то теоре-

тических положений практически невозможно. Поэтому эта эпюра

строится приближенно, на основании существующих опытных дан-

ных (рис. 4.21).

У

Т

аа)

НПУ

Н

H

Б

Н

й

и

УНБ

р

о

2

т

и

з

1

о)

п

б

H

h

е

h

hдд

Р

hзз

Рис. 4.21. Схема к расчету фильтрации в основании бетонной плотины

на скальном основании:

а – схема плотины; б – эпюра фильтрационного давления на подошву плотины

сочетания нагрузок 1 = hз /H = 0,4, 2 = hд /H = 0,2. Все другие дан-

Т

ные приведены в соответствующей литературе, например [5, с. 59].

4.3.12. Расчеты прочности и устойчивости У

бетонных плотин

Расчеты прочности и устойчивости бетонных плотин выполняют-

ся по первому предельному состоянию для трех расчетныхНслучаев:

1. Эксплуатационный случай, соответствующий нормальным ус-

ловиям эксплуатации полностью достроенногоБсооружения.

2. Строительный случай, соответствующий периоду, когда со-

оружение возведено до проектных отметок, выполнены обратные

й

засыпки, но котлован не затоплен на сооружение не действует

давление воды. Вторым строительнымислучаем может быть случай

временной эксплуатации нед ст

енного сооружения на понижен-

ных напорах.

р

3. Ремонтный случай.

о

На рис. 4.22 предс авлена схема к расчету прочности и устойчи-

т

вости плотины. Определение нагрузок, действующих на сооруже-

ние, производится для выделенной расчетной секции, размеры ко-

торой зависят

и

т конструкции плотины. Для гравитационной пло-

з

тины на нескальн м основании, разрезанной конструктивными шва-

ми

о оси

, ширина расчетной секции lс будет равна расстоя-

бычков

нию м жду швами. В этом случае учитывается собственный вес

п

бычка. Для плотины на скальном основании, когда конструктивные

швы

отр зают

бычок от тела

плотины, расчет можно вести на

1метрпогонной длины плотины или на всю секцию (между кон-

структивными швами). В этом случае статический расчет бычка

Р

ющего давления в i-й точке подошвы плотины

У

hвз i = g hнб i ,

где – плотность воды;

Т

Н

hнб i – заглубление i-й точки подошвы под уровеньнижнего бьефа.

Методика определения

фильтрационного давления приведена вы-

й

ше. Волновое давление и давление льда

определяются в соответ-

ствии с указаниями ТКП [15]. К расчету принимаетсяБ

одна из этих

активное

двух нагрузок. Приближенно эпюра волнового давления может быть

построена так, как это показано на с. 4.22, где h – высота волны

1%-й обеспеченности.

р

о

Давление грунта. Различают

давление грунта Eа, кото-

рое возникает при перемещении с о ужения в сторону от грунта, и

т

пассивное, которое предс авляет собой реактивное сопротивление

и

грунта при «навале» на него сооружения. Пассивное давление грун-

та в расчетах может не уч

ываться, что идет в запас устойчивости.

з

В рассматриваемом случае вертикальную составляющую активного

о

давления грунта на наклонную поверхность сооружения можно

упрощенно принимать равной весу грунта над этой поверхностью.

:

формуле

a

2 c

Р

п

E 0,5γгa

2

tg

2 o

) l ,

(45

max

N

M

min

,

(4.13)

F

W

У

Т

где N – равнодействующая всех вертикальных сил (направленные

вниз берутся со знаком «плюс», вверх – «минус»);

Н

F = blс – площадь подошвы секции плотины;

lс – длина секции плотины (расстояние между соседними дефор-

мационными швами);

Б

b – ширина подошвы плотины;

М – сумма моментов всех с л относйтельно центра тяжести

(середины) подошвы плотины (точка О);

lc b2

и

W

– момент с пр тивления подошвы секции плотины.

6

р

Плечи сил относи ельно чки O вычисляются или измеряются

о

действующие

непосредственно на расче ной схеме. Моменты сил,

т

по часовой стрелке, пр н маются со знаком «плюс», против часо-

вой стрелки –

наком «минус». Вычисленные по формуле (4.13)

и

нормальные напряжения должны удовлетворять следующим двум

условиям:

з

1. В грунте

сн вания плотины не должно быть растягивающих

со

напряж ний:

п

min 0.

е

2. Максимальные сжимающие напряжения не должны превышать

Ррасчетного сопротивления грунта основания. В соответствии с пер-

n

max

R

m

,

c

0 k

н

где nc – коэффициент сочетания нагрузок;

R0 – расчетное сопротивление грунта основания, определяемое

по таблице прил. 7;

У

m – коэффициент условий работы;

Т

kн – коэффициент надежности, определяемый по табл. 1.1.

При определении контактных напряжений учитываются только

Н

нагрузки, действующие непосредственно на плотину. Силы, дей-

ствующие на понур, не учитываются.

Б

Расчет устойчивости плотины на сдвиг на нескальном осно-

вании может производиться по схеме плоского, смешанного и глу-

бинного сдвига. Для оснований, сложенных песчаными, крупнооб-

й

ломочными, твердыми и полутвердыми глинистыми грунтами, рас-

и

чет по схеме плоского сдвига, который используется наиболее час-

то, может производиться при выполнен

следующего условия:

р

σmax

Б,

bγвз

т

где max – максимальное н рмальное напряжение в основании пло-

тины;

о

b – ширина подошвы плотины;

вз – удельный вес грунта основания во взвешенном состоянии;

Б – безра мерныйикритерий, принимаемый равным 1 – для плот-

ных

в; равнымз3 – для всех остальных нескальных грунтов.

песк

При расчете устойчивости плотины по схеме плоского сдвига за

если

расчетнуюооверхность сдвига принимают:

ри лоской подошве плотины – плоскость опирания плотины

Р

на основание;

подошва плотины выполнена с двумя (верховым и низо-