Розрахунок земляної греблі
Курсова робота
ГОУ ВПО-Уральський Державний Технічний
Університет-УПІ
Єкатеринбург 2005 р
Вступ
Перші
грунтові греблі зводилися ще до нашої ери в Індії, Єгипті, Китаї та інших
країнах. У Росії греблі з грунтових матеріалів відомі з X-XIII в.в. нашої
ери. Їх будували для створення ставків, приведення в рух млинів і різних гідроустановок,
що застосовуються при зрошенні, використовували на водному транспорті, в гідроенергетиці
та інших галузях економіки. У середині минулого століття греблі з грунту по
порівняно з іншими їх типами набули найбільшого поширення. Широке
поширення цього типу гребель пов'язано з бурхливим розвитком техніки,
призначеної для виробництва земельно-скельних робіт. Даний вид
споруд, завдяки своїм особливостям, дозволяє повністю механізувати
весь технологічний процес свого зведення, від розробки грунту в кар'єрі
до укладання його в тіло греблі. Широкому поширенню цього типу гребель
аж до наших днів сприяє і та обставина, що вимога до
деформацій підстав для них у порівнянні з іншими типами гребель є
найменшими. Греблі з грунтових підстав відрізняються простотою конструкції і
порівняно низькою вартістю.
Класична
гребля з грунтового матеріалу зазвичай має поперечний переріз
трапецеідального виду з прямолінійним або ламаним обрисом верхового
( «Брівка») або низового ( «підошва») укосів, а також горизонтальні ділянки
укосів, звані «бермамі».
При
виборі типу греблі проектувальникам доводиться враховувати цілий ряд
техніко-економічних факторів. До основних з них можна віднести: якість і
кількість грунтів, що є в даній місцевості; відстань напорів цих
грунтів до створу греблі; характер геологічної будови основи;
кліматичні умови; пропонований спосіб робіт; умови будівництва
(запланований термін будівництва, наявне обладнання і транспортні
кошти і т. д.).
Грамотно
спроектована гребля повинна задовольняти ряду вимог:
тіло
греблі і її основу повинні бути стійкими за всіх умов їх роботи;
водоскидні
пристрої греблі та піднесення її гребеня над самим високим рівнем води в
верхньому б'єфі повинні бути розраховані так, щоб ні за яких умов не
відбувалося переливу води через гребінь дамби;
фільтрація
води через тіло дамби і її основа не повинна бути значною і приводити
до великих втрат води з підйомного б'єфу, а також викликати розмивання грунту
при виході фільтраційного потоку в нижньому б'єфі;
верхової
укіс греблі повинен бути захищений від руйнування його льодом і хвилями, а низовий
випадають опадами;
крім
того, будівля повинна бути економічним.
I
ПОБУДОВА ПРОФІЛЮ земляні греблі
Основним
питанням при проектуванні греблі з грунтових матеріалів є
визначення її стійкого і економічно вигідного профілю. Розміри
поперечного профілю залежать від типу мостом, її висоти (відмітки гребеня греблі)
і ширини, призначення закладення і обрисів укосів греблі, характеристик
грунту тіла і підстави, а також умов будівництва та експлуатації.
Побудова
профілю земляної греблі зводиться до визначення висоти греблі Н і визначенню
ширини гребеня. Розрахункова схема греблі наведена в Додатку 1.
1.1
Визначення висоти греблі
Відмітка
гребеня греблі призначається на основі розрахунку необхідної піднесення його над
рівнем води у верхньому б'єфі. При цьому розглядаються два випадки стояння рівня
води у верхньому б'єфі:
1.
Нормальний підпірних рівень (НПУ).
2.
Форсований підпірних рівень (ФПУ).
Висоту
мостом в обох випадках призначають з перевищенням d над розрахунковим рівнем води в
водосховище, що гарантує відсутність переливу води через гребінь.
H
= Hв + d, м (1)
де
hв - розрахункова глибина води у верхньому б'єфі,
hв
= НПУ - ОСН = 124 - 100 = 24 м
d
- Перевищення над розрахунковим рівнем води у водосховищі, що гарантує
відсутність переливу води через гребінь дамби
d
= 
h + hн + a, м
(2)
де
h - висота
вітрового нагону води;
hн
- Висота накату хвиль на укіс греблі;
а
- Конструктивний запас, дорівнює 0,5 м;
Висоту
вітрового нагону визначаємо за формулою:
h = Кв * (W2 * A ) * cosa/g * (hв + ...),
де
А - довжина розгону хвилі, за умовою А = 4000 м;
Кв
- Квадратичних коефіцієнт, що залежить від швидкості вітру, при W = 30м/с, Кв =
3 * 10 
[1, 2]
Таблиця
1
W, м/с
20
30
40
50
Кв * 10-6
2,1
3
3,9
4,8
h = 3 * 10 * (302 * 4000)
* Cos 40 °
/ 9,8 (24 +0) = 0,035 м
Визначаємо
параметри вітрової хвилі при НПУ. Для цього обчислюємо безрозмірні комплекси: 
і 
,
де
t - тривалість дії вітру, яка приймається за відсутності фактичних
даних 6 год = 21600 с.
= 
= 7063,2
= 
= 43,6
= 2,28 = 1,27
= 0,032 
= 0,012
Вибираємо
найменше значення. Висловлюємо 
і 
:
= 
= 
= 1,102 м
= 
= 
= 3,8 с
Обчислюємо
середню довжину хвилі:
= 
= 22,56 м
В
як розрахункового рівня при визначенні піднесення гребеня дамби над
розрахунковим рівнем приймаємо стандартний підпірних рівень і враховуємо висоту
накату 1%-ої забезпеченості.
Висоту
хвилі 1%-ої ймовірності перевищення визначаємо за формулою
h1%
= * ki,
де
ki = 2,08 за графіком [4] що відповідає значенню комплексу
= 43,6
h1%
= * ki = 1,102 *
2,08 = 2,29 м
Використовуючи
наведені вище дані, визначаємо:
До 
= 0,75, Кн =
0,60; (по табл. 3.5 [3])
До 
= 1,5; К < img src = "http://localhost/uploads/posts/2009-10/1255857894_Raschet_zemlyanoiy_plotiny_19.gif" alt = "" width = "12" height = "25" /> = 0,87; К 
= 1; (по
табл. 3.6 [3])
при
умови, що 
= 
= 9,85; тоді кнг = 1,4 ([3, 4])
Висота
накату:
hн
= H1% * К * Кн * К * К 
* кнг * К 
h
= 2,29 * 0,75 * 0,60 * 1,5 * 0,87 * 1,4 * 1 = 1,88 м
Обчислюємо
потрібного перевищення гребеня дамби над розрахунковим рівнем:
d
= h + hн + a =
0,035 +1,88 +0,5 = 2,415 м
Н
= 24 +2,415 = 26,415 
26,4 м
Апроксимуємо
по висоті греблі за даними таблиці 10.1, стор 309 [4] приймаємо коефіцієнти
закладення укосів m1 і m2
m1
= 3,5 m2 = 3
1.2
Визначення ширини гребеня
Гребінь
греблі зазвичай використовується для пристрою автомобільної або залізниці,
розміри яких призначають, керуючись вимогами відповідних
нормативних документів [1, 2]. Основні параметри гребеня греблі при влаштуванні
на ньому автомобільної дороги наведено в табл. 2
Таблиця
2
Категорія дороги
Ширина, м
проїжджої частини
узбіч
роздільної смуги
гребеня греблі
I
15,0
3,75
5,0
27,5
II
7,5
3,75
15,0
III
7,0
2,5
12,0
IV
6,0
2,0
10,0
V
4,5
1,75
8,0
Як
випливає з таблиці при влаштуванні по гребені автомобільної дороги II категорії
ширина його повинна бути не менше 15 м.
Для
відведення поверхневих вод гребеню дамби надається односторонній або
двосторонній поперечний ухил, а на узбіччях влаштовуються зливі стоків. У нашому
випадку приймаємо за рекомендаціями [4] двосторонній ухил i = 0,015.
Покриття
проїжджої частини автодороги вибирається в залежності від її категорії та
укладається на підготовку з гравійно-піщаного або щебеневого грунту. Якщо
гребінь греблі складний з глинистих грунтів, то для його захисту від промерзання
укладається шар незв'язною (піщаного) грунту, товщина якого, включаючи і
покриття гребеня, повинна бути не менше глибини промерзання грунту в районі
будівництва. У сейсмічних районах ширину гребеня греблі і його перевищення
над розрахунковим рівнем води зазвичай призначають дещо більшим, ніж при
нормальних умовах експлуатації, маючи на увазі можливість додаткової опади
споруди при сейсмічних впливах, а в особливих випадках можливість
освіти хвилі при обвали берегових масивів грунту у водосховище.
В
межах узбіч у відповідність з ГОСТ 2.34.57 -79 встановлюється захист в
вигляді бетонних стовпчиків. З боку верхнього б'єфі може влаштовуватися суцільний
волнозащітний парапет.
II
КРІПЛЕННЯ ВІДКОСИ
Вибір
закладення (крутизни) укосів греблі виробляється на основі досвіду будівництва
і експлуатації аналогічних споруд з урахуванням фізико-механічних
характеристик грунтів тіла греблі і підстави, що діють на укоси сил,
висоти дамби, методів виконання робіт зі зведення греблі та умов її
експлуатації. Призначені закладення укосів потім перевіряються розрахунками
статичної стійкості і при необхідності коректуються.
Орієнтовні
значення закладення укосів земляних гребель з глинистих і піщаних грунтів при
наявності в основі грунтів з міцністю, не меншою, ніж в тілі греблі,
наведено в табл. 3.6 [4].
Фрагмент
таблиці 3.6 [4]
Висота дамби, м
Закладення укосів
верхового
низового
15 ... 50
3,0 ... 4,0
2,5 ... 4,0
Наведені
в табл.3.6 дані відносяться до середніх по висоті значень закладення укосів. У
високих греблях укоси можуть мати змінне закладення, що збільшується
зверху вниз, що дозволяє запроектувати більш економічний профіль мостом,
забезпечуючи стійкість його укосів.
На
укосах високих і середньої висоти дамб влаштовуються берми. На верховому укосі
берми влаштовуються в кінці основного кріплення, створюючи йому необхідну упор і
забезпечуючи можливість його огляду і ремонту, і в місцях зміни закладення
укосу. На низовому укосі берми служать для збору і відведення дощових і талих
потоків, запобігаючи тим самим. низова укіс від розмиву, а також для
забезпечення проїзду в період будівництва греблі. Іноді по бермам низового
укосу можуть прокладатися автомобільні або залізниці. Як правило,
берми влаштовують у місцях зміни закладення укосу і сполучення тіла греблі
з будівельними перемичками. Відстань між бермамі по висоті греблі
приймається рівним 10 ... 15 м.
Ширина
берми призначається не менш 3 м, якщо по ній передбачається проїзд, і не
менше 1 ... 2 м, якщо проїзд не передбачений.
На
внутрішній стороні берми влаштовується кювет, котрий використовується для збору і
організованого відведення дощових і талих вод.
Кріплення
укосів. Укоси земляних гребель схильні до руйнівним діям вітрових
хвиль, течій води, льоду,
атмосферних
опадів і т.д. Для запобігання їх руйнування передбачаються
відповідні види кріплень.
Кріплення
верховних укосів дамб для захисту їх від руйнування хвилями виконують з
бетонних і залізобетонних плит, каменю й асфальтобетону.
В
нашому випадку для захисту верхового укосу земляної греблі від руйнівних
впливів вітру, хвиль, льоду, протягом води, атмосферних опадів і ін факторів
застосовуються бетонні плити. Кріплення з бетонних плит можна здійснювати за
будь-яких параметрах хвиль, що виникають на внутрішніх водоймах.
Монолітні
залізобетонні плити використовуються для кріплення укосів дамб на великих
водосховищах при висоті хвилі від 2 до 4м. Шви між плитами можуть бути
відкритими або закритими з ущільненнями у вигляді гумових діафрагм, просмолених
дерев'яних або залізобетонних дощок. Збірні залізобетонні плити мають розміри
в плані від 1,5 х 1,5 м до 5 х 5 м у залежності від умов їх транспортування і
зручності укладання на укіс. У процесі укладання плити омонолічіваются в секції
розміром в плані 20х20 м і більше. Застосовуються вони зазвичай при висоті хвилі до
2,5 ... 3 м.
Приймемо
стандартне значення кожної з плит 1,5 х 1,5 м. Товщина монолітних
залізобетонних плит може визначатися з умови їх стійкості на укосі при
впливі вісового тиску води при відкаті хвилі, і перевіряють на міцність
при обваленні хвилі на укіс [4]. Попереднє значення товщини визначається
за формулою
tп
= 0,07 * hн * 3
