Исходные данные

1. Расчетный максимальный расход Q = 104.2 м³/с.

2. Отметка нормального подпорного уровня Z_НПУ = 166.1 м.

3. Отметка форсированного подпорного уровня Z_ФПУ = 166.6 м.

Расчет

1. Определяется ширина быстротока В_б, м, принимая для входа в быстроток значение коэффициента расхода водослива с широким порогом т_б = 0.35

м.

Принимается ширина быстротока как ближайшее стандартное значение ширины отверстия В_б = 16.0 м.

2. Находятся значение глубины воды в сбросном (соединительном) канале h_к.с., м

м.

3. Вычисляется требуемая высота отверстий сбросного шлюза h_{отв. ш.}, м

м.

Принимается высота отверстий сбросного шлюза как ближайшее стандартное значение высоты отверстия h_{отв. ш.} = 2.0 м.

4. Определяется напор на пороге сбросного шлюза Н_ш, м, при пропуске расчетного максимального расхода воды Q

м.

5. Принимая число отверстий сбросного шлюза n_отв. = 3 и значение коэффициента расхода т_ш = 0.35, находится требуемая ширина отверстий сбросного шлюза b_{отв. ш.}, м

Принимается ширина отверстий сбросного шлюза как ближайшее большее стандартное значение ширины отверстия b_{отв. ш.} = 6.0 м.

6. Вычисляется отметка порога сбросного шлюза Z₁, м

м.

7. Вычисляется отметка дна сбросного (соединительного) канала Z₂, м

м.

Полученная отметка округляется в меньшую сторону с точностью до 0.1 м

Z₂ = 162.7 м.

Результаты расчетов по определению расчетных отметок представлены на рис. 3. 3.

Рис. 3.3. Схема расчетных отметок сооружений берегового водосброса

3.3. Проектирование каналов

В состав открытого берегового водосброса входят подводящий, сбросной (соединительный) и отводящий каналы, поперечное сечение которых обычно принимается трапецеидальным.

Проектирование этих каналов выполняется на основе гидравлических расчетов. Такими расчетами устанавливаются размеры поперечного сечения каждого из каналов (глубина наполнения h_к, коэффициенты заложения откосов т_к, ширина канала по дну В_к).

Глубины воды в подводящем h_к.п., сбросном (соединительном) h_к.с. и отводящем h_к.о. каналах были определены предварительными расчетами параметров водосбросных сооружений.

Коэффициенты заложения откосов каналов т_к выбирается по условиям устойчивости в зависимости от физико-механических характеристик грунта, в котором устроен канал, а также в зависимости от принятого типа крепления откосов. На предварительных этапах проектирования значения коэффициентов заложения т_к неукрепленных откосов каналов рекомендуется принимать в зависимости от высоты откоса Н_к: при Н_к ≤ 3 м принимается т_к = 1.5; при Н_к > 3 м принимается т_к = 2.0. В случае крепления откосов канала бетонными или железобетонными плитами: при Н_к ≤ 3 м принимается т_к = 1.25; при Н_к > 3 м принимается т_к = 1.75. При высоте откосов Н_к > 5 м их устойчивость должна быть проверена расчетами.

Ширина канала по дну В_к принимается из условия, чтобы скорость течения воды в канале V_к не превышала предельной по условию размыва ложа V_п.

Предельная скорость по условию размыва ложа канала определяется по методике Ц.Е. Мирцхулавы [12] в зависимости от глубины воды в канале h_к и типа грунтов, в которых проходит канал.

В случае, если канал проходит в несвязных грунтах (песок, гравий, галька и др.) значение предельной неразмывающей скорости течения воды в канале может быть найдено по формуле

, (3.9)

где d - расчетный диаметр частиц несвязного грунта (в курсовом проекте следует принять d = 2 мм); _s - плотность частиц грунта; _w – плотность воды; k_c - коэффициент безопасности, значение которого на предварительных этапах проектирования может быть принято равным k_c = 2; т_М – коэффициент, учитывающий влияние наносов, содержащихся в потоке в коллоидном состоянии (в курсовом проекте в запас принимается т_М = 1); п_М – коэффициент, учитывающий влияние пульсации скорости в придонной области потока и определяемый по формуле

; (3.10)

 - кинематическая вязкость воды, значение которой принимается в зависимости от температуры (в курсовом проекте значение  следует принять при температуре воды 10⁰ С равным  = 1.31 · 10^-6 м²/с); с_уп - нормативное значение усталостной прочности несвязного грунта, равное

. (3. 11)

В случае, если канал проходит в связных грунтах (супеси, суглинки) значение предельной неразмывающей скорости течения воды в канале может быть найдено по формуле

, (3.12)

где значения _s, _w, т_М, п_М, k_c определяются так же, как и в формуле (3.9); d - расчетный диаметр агрегатов (отрывающихся отдельностей) связного грунта (при отсутствии данных специальных исследований принимается d = 4 мм); с_уп - нормативное значение усталостной прочности связного грунта, равное

с_уп = 0.035 · с_п; (3. 13)

с_п – нормативное значение сцепления грунта, равное

с_п = k_c · с; (3.14)

с – расчетное значение сцепления грунта (в курсовом проекте значение с задано).

Ниже в примерах 3.2 – 3.4 приведена последовательность гидравлических расчетов подводящего, сбросного (соединительного) и отводящего каналов.

После выполнения гидравлических расчетов и определения геометрических размеров выполняется их проектирование и вписывание в местность.

При проектировании каналов необходимо учитывать следующие особенности.

Подводящий канал обычно устраивается с горизонтальным дном. Иногда для улучшения гидравлических условий подхода к сбросному дно шлюзу дно подводящего канала проектируется с обратным уклоном i = – 0.001. Канал следует проектировать расширяющимся вверх по течению, что улучшает гидравлические условия его работы.

Сбросной (соединительный) канал проектируется постоянного по длине поперечного сечения с горизонтальным дном. При этом ввиду небольшой длины канала изменением глубины воды в нем пренебрегают.

При проектировании каналов предусматриваются бермы шириной от 2 м до 3 м. Отметка бермы вдоль канала принимается выше максимальной отметки воды в канале на 0.5 – 0.6 м. При вписывании каналов в местность необходимо учитывать криволинейность осей подводящего и сбросного (соединительного) каналов. Радиус закругления оси канала принимается равным R ≥ 5 · b_y, где b_y – ширина канала по урезу воды.

На рисунках 3.4, 3.5 показаны примеры вписывания подводящего и сбросного (соединительного) каналов.

Рис. 3.4. Схема подводящего канала

Рис. 3.5. Схема сбросного (соединительного) канала

Пример 3.2. Гидравлический расчет подводящего канала