Земляная
гребля з паводковим водоскидів
Г. Г. Круглов,
П. М. Богославчік, Н. В. Сурма
Методичний
посібник до курсового проекту по курсу
"Гідротехнічні споруди" для студентів спеціальності Т19.04.
"Водогосподарче будівництво"
Міністерство
освіти Республіки Білорусь
Білоруська
державна політехнічна академія
Кафедра
"Гідротехнічне і енергетичне
будівництво "
Мінськ 1997
Вступ
Курсовий проект
"Гребля із грунтових матеріалів з паводковим водоскидів" виконується
студентами в 7-му семестрі при вивченні дисципліни "Гідротехнічні споруди".
Завданням курсового проекту є складання та розрахункове обгрунтування відповідно до чинної нормативної літературою
проекту греблі з грунтових матеріалів з паводковим водоскидів, а також
закріплення знань, отриманих студентами при вивченні відповідних розділів
курсу, і набуття досвіду і навичок проектування.
Склад
проекту
У курсовому
проекті необхідно розробити такі основні питання:
компонування
споруд гідровузла;
конструювання
поперечного профілю та елементів греблі: гребеня, берм, укосів, дренажу, протифільтраційних
пристроїв, кріплень верхового і низового укосів і ін;
фільтраційний
розрахунок земляної греблі;
розрахунок стійкості
низового і верхового укосів греблі;
вибір і
обгрунтування конструкції паводкового водоскиду;
гідравлічні
розрахунки водоскиду;
вибір схеми
пропуску будівельних витрат.
Курсовий проект
складається з розрахунково-пояснювальної записки, ілюстрованої відповідними
розрахунковими схемами, накресленими в масштабі на міліметровому папері, і
креслень. На кресленнях розробляється компонування гідровузла, поперечні (по руслової
і заплавній частково) і поздовжній розрізи по греблі, план і поздовжній розріз по
осі водоскидних споруди та його характерні поперечні розрізи.
В
розрахунково-пояснювальній записці наводиться коротка характеристика запроектованих
споруд, їх обгрунтування і розрахунки.
2.
Компонування гідровузла
В даний
час проектують і будують гідровузли комплексного призначення, до складу яких
входять споруди загальні (греблі, водоскиди) та спеціальні (будівлі ГЕС,
судноплавні шлюзи, водозабори тощо). Спеціальні споруди вивчаються в
відповідних дисциплінах, по яких студенти також виконують курсові
проекти, внаслідок чого у цьому проекті розробляються тільки дві
споруди: гребля із грунтових матеріалів та паводковий водоскидів.
Оскільки план
будмайданчика студенту задається, то його першим завданням є вибір створу
греблі й осі водоскидних споруд з урахуванням топографічних,
інженерно-геологічних умов, а також вимог охорони навколишнього середовища.
За інших
рівних умов перевага варто віддавати того варіанту компонування
споруд, який дає мінімальну довжину греблі і водоскидних тракту, а
також виключає можливість небезпечних розмивів берегів і підмиву греблі при
скидання води у нижній б'єф.
водоскидних
споруди бувають відкриті або закриті (тунельні і трубчасті).
Трубчасті
водоскиди розташовують в тілі греблі таким чином, щоб вони могли
використовуватися також і для пропускання будівельних витрат у період зведення
греблі.
Відкриті
водоскиди мають у своєму розпорядженні або поза тіла греблі, або вони прорізають тіло греблі в
її берегових частинах.
Приклади
компонувань гідровузлів з греблями із грунтових матеріалів та береговими
водоскидами наведені в літературі [1,2,3].
Гребля із грунтових матеріалів
Вибір типу і
конструкції. греблі є основним питанням проектування, який
вирішується на підставі техніко-економічного зіставлення різних варіантів
виходячи з топографічних, інженерно-геологічних, гідрологічних і кліматичних
умов, і перш за все наявності
грунтових будівельних
матеріалів у прилеглих кар'єрах і максимального використання матеріалів з
корисних виїмок.
Земляні
насипні греблі можна зводити з усіх грунтів, крім грунтів, що містять
розчинні включення хлоридних солей більше 5% за масою і містять не
повністю розклалися органічні речовини також більше 5% за масою.
Для будівництва
однорідних гребель найчастіше використовуються суглинки і супіски, а також дрібнозернисті
і середньозернисті піски, що володіють достатньою водонепроникністю і
фільтраційної міцністю.
Піщані і
гравійно-галечникові грунти застосовуються для пристрою тіла (верхова та
низова призм) всіх типів земляних гребель.
протифільтраційні
елементи греблі (ядра, екрани, понуро, зуби) влаштовуються з маловодопроніцаемих
грунтів (глинисті грунти, торф, грунтові суміші) з коефіцієнтом фільтрації
менше 10-4 м/с.
Конструювання
поперечного профілю та елементів греблі
Основний
завданням проектування поперечного профілю греблі є визначення позначки
гребеня дамби і його ширини, а також призначення закладення і обриси укосів
греблі.
1. Гребінь греблі
звичайно використовується для пристрою автомобільної або залізниці, розміри
яких призначають, керуючись вимогами відповідних нормативних
документів. Основні параметри гребеня греблі при влаштуванні на ньому автомобільної
дороги наведено в табл. 3.1.
Таблиця 3.1
Кате-
Ширина, м
рія
дороги
проїжджої частини
узбіч
роздільної смуги
гребеня
греблі
15,0
3,75
5
27,5
7,5
3,75
-
15,0
7,0
2,5
-
12,0
6,0
2,0
-
10,0
4,5
1,75
-
8,0
При пристрої
по гребені залізниці ширина його повинна бути не менше 13 ... 15,5 м.
Якщо проїзд по
гребеню греблі не передбачається, мінімальна ширина його повинна бути 4,5 м.
У місці сполучення земляної греблі з водоскидних споруд гребінь дамби
розширюється з метою розміщення на ньому монтажної площадки (для виробництва
ремонтних і монтажних робіт з затвором) і затворохраніліща. Довжина
монтажного майданчику призначається рівною (1,5 ... 2,5) в
де в - ширина водоскидних отвори.
Для відводу
поверхневих вод гребеню дамби надається односторонній або двосторонній поперечний
ухил (мал.3.1), а на узбіччях влаштовуються зливі стоків.
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.
По краях гребеня
влаштовується огорожу у вигляді надовби (бетонні стовпчики розмірами 1 
0 , 3 
0,3 м з кроком 4 м і більше). З боку верхнього б'єфі може
влаштовуватися суцільний волнозащітний парапет.
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).
Піднесення
гребеня греблі hS в обох випадках визначається за формулою
,
(3.1)
де а
- Запас піднесення гребеня греблі, що приймається для всіх класів гребель не менше 0,5 м;
- вітрової нагону води у верхньому б'єфі
(3.2)
Тут 
- кут між
поздовжньої віссю водойми та напрямком вітру, град;
- розрахункова швидкість
вітру на висоті 10 м над поверхнею водоймища, м/с;
L - довжина розгону хвилі, м;
d - глибина води в СБ при розрахунковому
рівні, м;
- коефіцієнт,
який визначається за табл. 3.2.
Таблиця 3.2
, м/с
20
30
40
50
10-6
2,1
3
3,9
4,8
- висота накату на укіс хвиль забезпеченістю 1 %, м.
. (3.3)
Тут 
- коефіцієнти шорсткості і проникності укосу,
що приймаються за табл.3.3
Таблиця 3.3
Конструкція кріплення укосу
Відносна шорсткість
r/h1%
Коефіцієнт
kr
Коефіцієнт
kp
Бетонні залізобетонні
плити
-
1
0,9
гравійно-галечникові, кам'яне або
кріплення бетонними
(залізобетонні-ми) блоками
Менш 0,002
0,005 ... 0,01
0,02
0,05
0,1
Більше 0,2
1
0,95
0,9
0,8
0,75
0,7
0,9
0,85
0,8
0,7
0,6
0,5
Примітка.
Розмір шорсткості "r" (м) приймається рівним середньому діаметру зерен матеріалів
кріплення укосу.
Ksp - коефіцієнт, який визначається по табл.3.4.
Таблиця 3.4
Закладення
укосу греблі m1
1 ... 2
3 ... 5
Більше 5
Коефіцієнт
ksp 20 і більше
при
швидкості 10
вітру 
, м/с 5
і менш
1,4
1,1
1,0
1,5
1,1
0,8
1,6
1,2
0,6
krun - коефіцієнт, який визначається за графіком ріс.3.2а, залежно від
пологами хвилі 
на глибокій воді;
h1% - висота хвилі 1%-ї забезпеченості, м
. (3.4)
Тут k1% - коефіцієнт,
приймається за графіком рис .3.2 б;
- середня висота
хвилі, що визначається для глибоководної зони, яка найчастіше має місце у СБ
земляних гребель, по верхній огинаючої
кривий графіка рис. 3.2в залежно від безрозмірних величин 
і 
. З двох
знайдених значень 
приймають як
розрахункового менше.
При підході
фронту хвилі до спорудження під кутом a величина накату хвилі на укіс
зменшується множенням на коефіцієнт, який визначається за табл. 3.5.
таблиці 3.5
Значення
кута a, град
0
10
20
30
40
50
60
Коефіцієнт
ka
1
0,98
0,96
0,92
0,87
0,62
0,76
Середня довжина
хвилі 
визначається за
формулою
(3.5)
Тут 
період хвилі,
що визначається за графіком ріс.3.2в. При визначенні 
і 
по формулі (3.1) забезпеченість швидкості вітру для розрахунку
елементів хвиль, накату і нагону при основному поєднанні навантажень і впливів
(при НПУ) приймається для сoopуженій I і П класів - 2%, а Ш і IУ класів - 4%. При особливому
поєднанні навантажень і впливів (при ФПУ) ці забезпеченості приймаються: для I і П класів-20%, Ш класу - 30%, IУ класу - 50%.
З двох
отриманих результатів розрахунків (при НПУ і ФПУ) вибирається більш висока відмітка
гребеня.
Якщо на гребені
греблі влаштовується суцільний волнозащітний парапет (його висота звичайно рввна1, 2 ... 1,5
м), то підвищення його верху над
розрахунковим рівнем СБ визначається за формулою (3.1), а відмітка гребеня греблі в
цьому випадку призначається найбільшою з таких двох значень: відмітка ФПУ або
відмітка НПУ плюс 0,3 м.
Укоси
греблі. Вибір закладення (крутизни)
укосів греблі виробляється на основі досвіду будівництва та 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
міцність, не меншою, ніж в тілі греблі, наведено в табл. 3.6.
Таблиця 3.6
Висота дамби, м
Закладення укосів
верхового
низового
50
4 ... 5
4 ... 4,5
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 схилах
високих і середньої висоти дамб влаштовуються берми (мал.3.1). 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 менш 1 ... 2 м, якщо проїзд не передбачений.
На внутрішній
стороні берми влаштовується кювет, котрий використовується для збору та 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.
Найбільш
поширеними видами міцнілаий верхового укосу греблі є:
а) Кам'яна
начерку з несортоване каменю. Таке кріплення зазвичай застосовується на
укосах з заставлянням m
