Главная Учебники - Геология Лекции (геология) - часть 1
|
Днепропетровский государственный аграрний университет Кафедра сельськохозяйственных гидротехнических мелиораций М Е Т О Д И Ч Н І В К А З І В К И до виконання курсового проекту “Гребля з ґрунтових матеріалів з водоскидною спорудою” Дніпропетровськ – 2004 ЗМІСТ
Вступ
Мета даних методичних вказівок - надання допомоги студентам при виконанні курсового проекту "Гребля з грунтових матеріалів із водоскидною спорудою". Тут викладено послідовність і методику проектування земляних гребель і водоскидних споруд у складі гидровузла, вказаний необхідний обсяг курсового проекту. Студент зобов'язаний засвоїти принципову методику проектування зазначених споруд, набути навичок інженерного пошуку при виборі оптимального рішення на підставі наявних у нього вихідних даних. Проект "Гребля з грунтових матеріалів із водоскидною спорудою " розробляється з використанням дійсних вказівок, підручників, нормативної літератури. Курсовий проект повинний містити розрахунково-пояснювальну записку (25-35 стор.) і креслення формату А1 і А3. Приблизний склад курсового проекту такий: Вступ 1. Розміщення і вибір конструкції земляної греблі 2. Проектування поперечного профілю греблі 3. Визначення відмітки гребня греблі 4. Кріплення укосів земляної греблі 5. Протифільтраційні пристрої греблі 6. Дренажні пристрої греблі 7. Сполучення тіла греблі з підвалиною і берегами 8. Розрахунки фільтрації через греблю і підвалину та фільтраційної міцності земляної греблі 9. Розрахунок стійкості низового укосу греблі 10. Розрахунок водоскидної споруди Графічна частина проекту складається з одного листа формату А3 (420х297) і одного А1 (841х594 мм. ) Перший лист повинний включати: 1. План греблі з прив'язкою створу, пікетажем, розрахунковими рівнями водоймища у верхньому б'єфі, із нанесенням вісі водоскидної споруди; Другий лист повинний включати: 1. Повздовжній переріз греблі з указуванням розрахункових рівнів, геології, відміток поверхні землі, підошви греблі (і зуба при його наявності), висоти греблі, відстаней, пікетажу; 2. Переріз по осі та план водоскидної споруди з указуванням розрахункових рівнів, відміток, розмірів споруд, геології; 4. Поперечний переріз греблі з нанесенням розрахункових рівнів, кріплення відкосів, геології, дренажу, протифільтраційних споруд, розмірів і відміток. При виконанні креслень рекомендується застосовувати такі масштаби: 1:1000, 1:500, 1:200, 1:100, 1:50. Всі поперечні перерізи кресляться в одинаковому вертикальному та горизонтальному масштабах. Подовжній профіль греблі викреслюється в різних масштабах, причому в якості вертикального масштабу рекомендується 1:100 або 1:200, а горизонтального - 1:1000 або 1:500. Всі розрахункові розміри і відмітки варто вказувати в метрах. При конструюванні елементів греблі та водоскидної споруди у пояснювальній записці варто наводити тільки конкретні відмітки, розміри і типи елементів споруд, що використовуються в проекті. При описі розрахунків необхідно, якщо це можливо, обгрунтувати вибір розрахункової залежності, навести її, розшифрувати вхідні в неї елементи з указанням розмірності, визначити їхні чисельні значення, зробити підстановку в розрахункову формулу і написати відповідь і розмірність. Вибір даних за таблицями, вказівками та графіками повинний супроводжуватися посиланнями на ці таблиці, вказівки, графіки. Пояснювальна записка повинна ілюструватися таким графічним матеріалом: переріз земляної греблі з нанесенням депресійної кривої і дренажу; схема до розрахунку стійкості низового укосу; розрахункова схема водоскиду; розрахункова схема водобійного колодязя. 1. Розміщення і вибір конструкції земляної греблі 1.1. Вибір створу
греблі У відповідності до СНиП 2.06.05-84* [9] створ греблі варто вибирати на підставі техніко-економічного зіставлення варіантів в ув'язуванні з компонування гідровузла та в залежності від топографічних, гідрологічних та інженерно-геологічних умов площадки будівництва та вимог охорони природного середовища. За інших рівних умов, як правило, віддають перевагу створу греблі в найбільш вузькій частині долини річки, що складена скельними породами. При цьому варто враховувати: а) необхідність розташування водопропускних споруд таким чином, щоб виключити можливість небезпечних розмивів берегів і підмивання греблі при скиданні води в нижній б'єф; б) можливість пропускання води через створ греблі в період її будівництва , а також можливість прокладки по греблі і на підходах до неї доріг різного призначення як у період будівництва, так і її експлуатації; в) доцільність включення у тіло греблі перемичок, необхідних для перекриття русла рік у період будівництва гідровузлу; г) режим витрат та рівнів водотоку; д) умови пропускання льоду, наносів, лісу, судів, риби й інші спеціальні вимоги, що висуваються до таких об'єкта. У даному курсовому проекті варто розглядати тількиодин варіант розташування створу греблі, виходячи з топографічних умов, поданих на зйомці площадки будівництва. При цьому інженерно-геологічні умови вважаються цілком прийнятними для зведення земляної греблі. Створ греблі розташовують, по можливості, перпендикулярно до горизонталей. Якщо прямий створ по цих умовах неможливий , то припускаються переломи створу , але не більше двох . На плані греблі кути повороту створу закріплюються пікетами. Пікети розбиваються з лівого берега на правий. Положення нульового пікету вибирається довільно , але з обов'язковою прив'язкою його до реперів, якими на місцевості закріплюється створ греблі. Створ греблі є єдиною закріпленою віссю до якої варто робити прив'язку всіх споруд гідровузла, що проектується і їхніх окремих елементів. 1.2. Вибір та обгрунтування типу греблі
Відповідно до [9] тип греблі варто вибирати в залежності від топографічних і інженерно-геологічних умов підвалини і берегів, гідрологічних і кліматичних умов району будівництва, величини напору води, наявності грунтових матеріалів, сейсмічності району, загальної схеми організації будівництва і виробництва робіт, особливостей пропускання будівельних витрат води, термінів запровадження в експлуатацію й умов експлуатації греблі. Тип і конструкцію греблі варто вибирати на підставі техніко-економічного порівняння варіантів, що враховують технологію будівельних робіт і загальне компонування гідровузла. Порівнювані варіанти повинні мати однаковий ступінь опрацьованності і надійності. Для зведення греблі з грунтових матеріалів слід передбачати використання грунту і каменю, отриманих із корисних виїмок. Одним із кращих матеріалів для зведення земляної греблі є найпоширеніші грунти - суглинки. При наявності таких земляну греблю влаштовують частіше усього з однорідного грунту. Якщо в підвалині греблі залягають водопроникні грунти глибиною до 3 м (піски , супісі , слабкі наносні грунти) то з метою попередження великих втрат води на фільтрацію, влаштовують зуб із заглибленням у водоупор на 0,5-1,25 м (рис.Д.1.1, г). При глибині водопроникної підвалини більш 3-4 м, економніше буде влаштування зуба глибиною 1-1,5 м із забиванням під ним шпунтової стінки. При відсутності поблизу місця розташування гідровузла малопроникних грунтів (суглинків), будують греблі із наявних на місці будівництва водопроникних грунтів (пісків, супісей, гравію). Для попередження фільтрації в тілі греблі в таких випадках передбачаються протифільтраційні конструкції у вигляді ядра, екрана й ін. (див. рис.Д.1.1, д, е). При недостатній кількості суглинків і при наявності на місці будівництва пісчано-гравійних грунтів варто проектувати греблю з різнорідних матеріалів (див. рис.Д.1.1, б, в). При більшій потужності проникної підвалини (Т>10 м.) , доцільно влаштовувати греблі з екраном і понуром (див. рис.Д.1.1, ж). У однорідних греблях висотою більш 5-8 м з метою зниження депресійної поверхні фільтраційного потоку і забезпечення стійкості низового укосу рекомендується влаштування дренажу (див. рис.Д.1.1, а, б; рис.Д.6.1). Більш докладно з вибором типу греблі можна ознайомиться в літературі [1-4, 11]. 1.3. Призначення класу капітальності
споруд Гідротехнічні споруди в залежності від можливих наслідків їхнього руйнування або порушення експлуатації відповідно до СНиП 2.06.01-86 [6] розділяються на 4 класи. Клас капітальності земляної насипної греблі залежить від типу грунтів підвалини і висоти греблі (табл. 1.1) [8]. Тому для визначення класу капітальності будуємо подовжній профіль по осі греблі, використовуючи план місцевості в горизонталях. Повздовжній профіль і план розташовують так, щоб лівий берег був зліва, правий - справа. На побудований профіль наносяться геологічні шари, потужність яких зазначена в завданні. Геологічні свердловини на поздовжньому профілі розташовують відповідно до плану на їх відмітках поверхні землі. Отриманий геолого-літологічний розріз піддається аналізу і встановлюється тип грунтів підвалини. При виборі класу капітальності споруд необхідно встановити висоту греблі. На даному етапі проектування вона визначається орієнтовно за залежністю Таблиця
1.1 Визначення класу капітальності земляної греблі А Б В > 100 > 75 > 50 70–100 35 – 75 25 – 50 25 – 70 15 – 35 15 – 25 < 25 < 15 < 15 Примітка:
1. Грунти: А - скельні; Б - пісчані, крупнообломочні і глинисті у твердому і напівтвердому стані; В - глинисті водонасичені в пластичному стані. Значення перевищення відмітки гребня над ФПР орієнтовно приймають у залежності від глибини води у верхньому б'єфіd
,
Обраний розмір перевищення гребня греблі над ФПР і орієнтовно підрахована висота греблі використовуються тільки для попереднього визначення класу споруди і вибору коефіцієнтів закладення укосів. У залежності від висоти греблі і типу грунтів підвалини приймаємо клас основних споруд гідровузла (табл.1.1). Таблиця 1.2 Визначення перевищення гребня греблі над ФПР 2.
Проектування поперечного профілю
греблі
2.1. Обрис укосів
греблі
Крутизна укосів земляної греблі характеризується коефіцієнтами їх закладення верхового - m
h
, та низового - m
t
(рис.Д.1.2). Розмір коефіцієнтів закладення укосів греблі залежить від фізико-механічних властивостей ґрунтів укосів і підвалини, діючих на укоси сил (власної ваги ґрунту, впливи води, зовнішніх навантажень на гребені й укосах), висоти греблі і виробництва робіт. Таблиця
2.1 Коефіцієнти закладення укосів На попередніх стадіях проектування закладення укосів земляних гребель призначають, базуючись на досвіді будівництва й експлуатації аналогічних споруд, з обов'язковою перевіркою розрахунком стійкості обраної крутизні укосів. За даними аналізу побудованих однорідних земляних гребель на щільних ґрунтах рекомендується приймати коефіцієнт закладення укосів, що наведені в табл. 2.1. 2.2. Гребінь греблі Ширина гребня греблі встановлюється в залежності від умов виробництва робіт і експлуатації (використання гребня для проїзду, проходу та з ін. метою), але не менше 4,5 м. При відсутності дороги на гребні греблі будь-яке збільшення ширини гребня греблі повинно бути обгрунтоване. Якщо передбачається спорудження дороги, то ширина гребня повинна визначаться за СНиП 2.05.02-85 [5](табл. 2.2 ) Таблиця 2.2 Ширина гребня греблі Для забезпечення стоку атмосферної води гребінь греблі робиться з поперечним похилом в обидві сторони від осі. Поперечні похили проїзної частини, при двосхилому поперечному профілі варто призначати в залежності від числа смуг руху і кліматичних умов [5] для IV дорожно-кліматичної зони на дорогах першої категорії 0,025 для доріг II-IV категорії 0,020. На гравійних і щебеневих покриттях поперечний похил приймають 0,025-0,030 ,а на покриттях із грунтів, укріплених місцевими матеріалами, і на мостових із колотого і брукового каменю 0,030-0,040 (рис.Д.2.1). Поперечний похил узбіч при двосхилому поперечному профілі варто приймати на 0,010-0,030 більше поперечного похилу проїзжої частини. Уздовж проїзжої частини по гребені греблі відповідно до ГОСТу 23457-86 встановлюють огородження, наприклад у видгляді надовбів висотою 0,8 -1м відстанню 2 м один від іншого. 2.3. Берми
греблі При проектуванні поперечного переріза однорідної земляної греблі на її укосах варто передбачати берми, визначаючи їхнє число в залежності від закладення укосу, висоти греблі, умов виробництва робіт, типів кріплення. На низовому укосі берма передбачається для організації службових проїздів, збору і відводу атмосферних вод. Берми призначаються приблизно через 8-15м по висоті від гребня греблі. Ширина берми з умов виробництва робіт і експлуатації приймається не менше 3 м. Для скидання поверхневих вод із низового укосу в нижній б'єф берма повинна проектуватись з похилом від центральної частини греблі до берегів, що забезпечують пропускання витрати по залізобетонному лотку, що в місцях сполученням греблі з берегами з'єднуються з дренажною канавою. На верховому укосі берма передбачається біля нижньої межі його кріплення для створення необхідного упора. При виробництві робіт берма на верховому укосі використовується для роботи під’ємно-транспортних механізмів, наприклад при укладці плит кріплення на верховий укіс, тому її ширина приймається не менше 3 м. У висотному відношенні берма на верховому укосі розташовується на нижній межі кріплення верхового укосу, що призначається на глибині 2h
1%
, або 1,5t
, де t
- товщина крижаного покрову , рахуючи від мінімального рівня водосховища . У даному курсовому проекті за мінімальний рівень водосховища варто приймати рівень мертвого об'єму. Таким чином, відмітка розташування берми на верховому укосі дорівнює В курсовому проекті, за відсутністю даних для визначення h
1%
при РМО, за розрахункову величину приймають товщину крижаного покрову, яку можна прийняти 0,5-0,7 м. При розрахунку відмітки берми може виникнути випадок, коли вона повинна розташовуватися поблизу поверхні землі або навіть нижче її. Цей випадок має місце при низькому стоянні рівня мертвого об'єму (РМО). Тоді кріплення проектують по усьому верховому укосі, доводячи його по всій довжині греблі до поверхні землі, берму не влаштовують, а упор розташовують по підошві верхового укосу. 3.
Визначення відмітки гребня греблі
3.1. Загальні
положення
Гребінь греблі розташовують на відмітці, що виключає можливість переливу води через нього. Відповідно до вимог [9, п.2.12] перевищення гребня греблі слід визначати для двох випадків стояння рівня води у верхньому б'єфі: а) при нормальному підпірному рівні (НПР) або при більш високому рівні, що відповідає пропусканню максимального паводка, що входить в основне сполучення навантажень і впливів (рис.Д.3.1, а) б) при форсованому підпірному рівні (ФПР), при пропусканні максимального паводка, що відноситься до особих сполучень навантажень і впливів (рис.Д.3.1, б). Перевищення гребня гребліhs
в обох випадках визначається за формулою: При визначенні перших двох складових формули (3.1) швидкість вітру при основному сполученні навантажень і впливів (при НПР) треба приймати забезпеченістю 2% для споруд I, II класів і забезпеченістю 4% - для III, IV класів [9, с.30] , а при особому сполученні навантажень і впливів (при ФПР) розрахункова швидкість вітру приймається забезпеченістю, для споруд I-II класів 20%, для III класу – 30 %, для IV- 50%. З двох отриманих результатів розрахунку вибирають більш високу відмітку гребня греблі. 3.2. Висота вітрового
нагону
Висота вітрового нагону Dhset
,
м, припускається визначати [7, с.31] за формулою 3.3. Висота накату хвиль на
укіс
Для визначення висоти накату хвиліhrun1
%
на верховий укіс необхідно визначити висоту хвилі розрахункової забезпеченості h
1%
іїї елементи: довжину хвилі (dі
період хвилі Т
(рис.Д.3.2). Всі зазначені розміри визначаються за СНиП 2.06.04-82* [7, с.33]. Розрахунки в курсовому проекті ведуться для глибоководної зони, тобто в припущенні d>0,5
l
d
.
За значеннями безрозмірних величин gt/Vw
іgL/V2
w
і верхньої огинаючої кривої визначають значення ghd
/V2
w
і gT/Vw
і за меншими їхніми значеннями приймають середню висоту і середній період хвиль (рис.Д.3.5). У цих виразах: g
-
прискорення вільного падіння, м/с2
; t
- безупинна тривалість дії вітру , с; Vw
- розрахункова швидкість вітру , м/с; L
- довжина розгону вітрової хвилі по напрямку вітру, м. Довжина розгону хвилі - це максимальна відстань по прямої між урізом води і створом греблі. Тобто кожному рівню відповідає своє положення урізу води, а довжину розгону хвилі L
знаходять і для НПР, і для ФПР. Для цього на топографічну зйомку ложа водоймища, що проектується наносять розрахункові рівні НПР і ФПР і знаходять довжину розгону при цих рівнях. У дійсному курсовому проекті L
задана у вихідних даних. При відсутності відомостей про тривалість дії вітру допускається для попередніх розрахунків приймати t
= 6 год. Середню довжину (м) хвилі l
d
при відомому значенніТ
визначають за формулою Висоту хвиліi
%-ї забезпеченості визначають за формулою Коефіцієнтki
, визначається за графіком (рис.Д.3.3). Для цього безрозмірну величину gL/V2
w
відкладають на горизонтальній шкалі графіка. По ній і розрахунковій забезпеченості (1%) на вертикальній шкалі знаходять значення коефіцієнта ki
. Аналогічно знаходяться значення ki
для іншої забезпеченості. Висота накату хвилі на укіс забезпеченістю 1% при глибині перед греблею d
≥
2h
1%
визначається [7, с.6] за формулою
Таблиця
3.2 Коефіцієнти kr
іkp
Примітка
. Характерний розмір шорсткостіr
(м), належить приймати рівним середньому діаметру зерен матеріалу кріплення укосу . Для знаходження krun
попередньо необхідно визначити пологість хвилі l
d
/ h1%
, де l
d
- середня довжина вітрової хвилі. При глибині перед греблею d
<
2h1%
коефіцієнт krun
необхідно приймати для значень пологості хвиль, зазначених на рис.П.3.4 в дужках. Таблиця
3.3 Коефіцієнт ks
p
Примітка
. j
-кут нахилу укоса до горизонту. Коефіцієнт k
a
Знаючи величиниkr
, kp
, ksp
, krun
, h1%
, k
a
находять висоту накату хвилі на укісhrun1%
за формулою (3.5).
3.4. Призначення відмітки гребня греблі
Знаючи значення hrun1%
,D
hset
, підраховані для двох розрахункових рівнів НПР та ФПР визначають перевищення гребня греблі над НПР та над ФПР Потім варто визначити відмітку гребня греблі при розрахунковому рівні ФПР З двох отриманих результатів розрахунку відмітки гребня греблі, що проектується, вибирають більш високу відмітку й округляють її убік запасу до 0,1 м. При наявності на гребні греблі водонепроникного, тривкого і стійкого парапету відмітку його гребеня варто визначати за формулами (3.8) та (3.9). Перевищення гребня греблі в цьому випадку призначається на 0,3 м над НПР, або на відмітці ФПР, причому приймають вищу з них. Будівельну відмітку гребня греблі проектують з урахуванням будівельного підйому, розмір якого визначають по прогнозованому осіданню гребня. 4. Кріплення укосів земляної
греблі 4.1. Основні
положення Укоси земляних гребель повинні бути захищені спеціальними кріпленнями, розрахованими на вплив хвиль, льоду, течій води, атмосферних опадів і інших руйнуючих чинників. Для захисту верхового укосу, як правило, варто приймати такі види кріплень: а) кам'яні ( насипні); б) бетонні монолітні , залізобетонні збірні і монолітні ; в) асфальтобетонні ; г) біологічні. Вид кріплення варто встановлювати виходячи з техніко-економічної оцінки варіантів з урахуванням характеру грунту тіла греблі і підвалини, агресивності води, довговічності кріплення в умовах експлуатації, архітектурних вимог Кріплення верхового укосу греблі ділиться на основне, розташоване в зоні максимальних хвильових і льодових впливів, і полегшене - нижче основного кріплення. У даному курсовому проекті кріплення верхового укосу варто передбачати кам'яним накидом або залізобетонними плитами відповідно до завдання. Верхньою межею кріплення верхового укосу варто вважати гребінь греблі. На нижній межі кріплення проектується берма, на якій розташовується упор, призначений для запобігання сповзання кріплення під впливом хвилястих навантажень. Нижню межу основного кріплення (див. рис.Д.4.1) призначають , рахуючи від мінімального рівня спрацювання водосховища на глибині При цьому нижня межа основного кріплення повинна бути нижче мінімального рівня спрацюванні водоймища не менше чим на 1,5t
, де t
-
розрахункова товщина крижаного покрову. 4.2. Кріплення кам'яним
накидом Товщину кам'яного накиду з не сортованого каменю рекомендується визначати за формулою де ds85%
-
діаметр каменю в кам'яному накиду, приведеного до шару. Він визначається за залежністю Маса (т) окремого каменю m
абоmz
, що відповідає стану його граничної рівноваги від впливу вітрових хвиль на укосі [7, c.8], необхідно визначати: при розташуванні каменю на ділянці укосу від верха споруди до глибиниz=0,7h
за формулою те ж, приz>0,7h
за формулою Щільність каменю в кам'яному накиду і води в даному курсовому проекті можна приймати відповідно рівними 2,7 і 1,0, т/м3
. Кам'яний накид покладена на укіс у декілька шарів укладається на одношарову або багатошарову підготовку, розташовану по типу зворотного фільтра . При кріпленні верхового укосу кам'яним накидом упор, що споруджується на нижній межі кріплення, також виконується з каменю. 4.3. Монолітне залізобетонне
кріплення Якщо для спорудження кам'яного накиду потрібно камінь з умовним діаметром більше 0,5 - 0,7 м, доцільно застосовувати залізобетонне кріплення (рис.Д.4.2), що виконується у виді секцій розміром не більш 20х20м кожна, розділених між собою температурними поперечними й осадовими повздовжніми швами. Секції кріплення варто проектувати з окремих плит. Плити кріплення варто застосовувати прямокутної форми зі співвідношенням сторін 1<lsl
/ bsl
< 2 де bsl
-менша сторона , що розташовується перпендикулярно урізу води. Розмір bsl
призначається рівним 0,4l
, де l
середнє значення довжини хвилі, але не більш 20 м. Товщина плити визначається розрахунком відповідно до вимог СНиП 2.06.04-82* [7]. Мінімальна товщина монолітного залізобетонного кріплення призначається 0,1 м. У курсовому проекті товщину плити кріплення [1, с.105] можна приймати за формулою Армування монолітних плит звичайно передбачається одиночною арматурою, покладеною в середині товщини плити. Розріз кріплення деформаційними швами, направленими нормально урізу води, здійснюється через 20 м, Деформаційні шви в напрямку паралельному урізу води передбачаються при довжині кріплення уздовж укосу більш 20 м. Для усунення можливості виносу грунту через деформаційні шви під ними укладаються залізобетонні підкладки монолітні або збірні з розмірами поперечного переріза порядку 0,25х0,08м. Між підкладками і плитами кріплення прокладаються бітумні мати, а у шві залишається опалубна дошка. 4.4. Підгот
овка під кріплення Підготовка під кріплення, що грає також роль зворотного фільтра можуть складатися з одного шару різнозернистого матеріалу або з двох, трьох шарів різноманітних по крупності часток матеріалів. Число і товщина шарів підготовки, а також вид матеріалу підбирається в залежності від виду грунту укосу. На пісчаних укосах у якості підготовки під кам'яним накидом може бути прийняте посипання з двох шарів щебеню і крупного піску товщиною по 0,15-0,30 м При укладці підготовки на глинистий грунт влаштовують один шар підготовки (наприклад щебеню фракції 40-60мм) , товщиною 0,2м. Під монолітним залізобетонним кріпленням укладається один шар підготовки з грубозернистого матеріалу товщиною не менше 0,20 м. Під відкритими швами (температурними й осадочними) укладку підготовки здійснюють по типу зворотного фільтра, як і для кріплення у вигляді кам'яного накиду з доведенням ширини в плані самого нижнього шару не менше 1,0 м. 4.5. Кріплення низового
укосу Кріплення низового укосу передбачається для попередження його від руйнуючої дії зовнішніх чинників ( атмосферних опадів, вітру й ін. ) Якщо низовий укіс зложений із грубозернистих матеріалів (щебінь, пісчано-гравійний грунт ), то допускається лишати його без кріплення. В якості кріплення низового укосу рекомендується приймати такі типи кріплень: а) шар щебеню або гравію товщиною 0,2 м; б) залуження багаторічними травами. При зміцненні низового укосу залуженням товщина шару рослинного грунту, що насипається на укіс, при пісчаних грунтах приймається - 20 см . При глинистих грунтах - при сезонному промерзанні грунту до 0,5 м товщина рослинного шару приймається 0,20 м, при більшій глибині промерзання - не менше 0,30 м. 5. Протифільтраційні пристрої
греблі Протифільтраційні пристрої в тілі і підвалині греблі призначені для зменшення фільтраційної витрати, недопущення фільтраційних деформацій грунту греблі і її підвалини, а також для підвищення стійкості низового укосу. Зазначені пристрої варто виконувати зі слабоводопроникних грунтів (суглинних і глинистих) або негрунтовых матеріалів (бетону, залізобетону полімерних, бітумних матеріалів та ін.) у виді верхової або центральної протифільтраційної призми, екрана, діафрагми, ядра, понура, шпунта, стінки, цементаційної й інших завіс (див. рис.Д.1.1), У курсовому проекті протифільтраційні пристрої приймати у випадку , якщо грунт тіла греблі або підвалини має коефіцієнт фільтрації більш 0,5 – 1 м/доб. Тип пристроїв студент вибирає довільно. Товщину грунтового екрану або ядра греблі треба збільшувати зверху вниз. Мінімальну товщину екрана або ядра поверху призначають з умов виробництва робіт, але не менше 0,8 м, а понизу - таку щоб градіент напору фільтраційного потоку, задовольняв критерію фільтраційної міцності Гребінь грунтового екрана (після повного осідання греблі) повинний бути вище форсованого рівня води у верхньому б'єфі з урахуванням висоти хвилі і нагонного рівня води. Гребінь ядра повинний бути вище форсованого підпірного рівня води з урахуванням нагону, але без урахування накату хвилі. При глибокому заляганні водоупору необхідно при наявності екрана (ядра) передбачати влаштування понуру (завіси). 6. Дренажні пристрої
греблі Влаштування дренажу тіла земляної греблі (рис.П.6.1) варто передбачати з метою: a) організованого відводу води, що фільтрується через тіло і підвалину греблі в нижній б'єф; б) запобігання виходу фільтраційного потоку в низовий укіс і в зону, що промерзає; в) економічно обгрунтованого зниження депресійної поверхні для підвищення стійкості низового укосу (внутрішній дренаж); г) підвищення стійкості верхового укосу при швидкому зпрацюванні водосховища, а також для зняття порового тиску, що виникає при сейсмічних впливах. У даному курсовому проекті пропонується вибрати один із трьох типів дренажів, що широко застосовуються у практиці : трубчастий дренаж, дренажний бенкет або наслонний дренаж. Трубчастий дренаж застосовується на тих ділянках греблі, де в період її експлуатації вода в нижньому б'єфі практично відсутня або не перевищує 0,5м. Такий випадок має місце при широких заплавах рік, що пересихають, де скидання води в нижній б'єф здійснюється тільки під час паводків. Трубчастий дренаж виконується з перфорованих бетонних або асбоцементних труб з обсипним піщано-щебеневим зворотним фільтром. Переріз дренажних труб визначається шляхом розрахунку, виходячи з умов забезпечення безнапірного руху, при цьому діаметр їх не повинний бути менше 200 мм. Для запобігання занадто високої швидкості води похил дрен обмежують до 0,01. По довжині трубчастого дренажу на низовому укосі через кожні 50-100 м необхідно передбачати оглядові колодязі, що, як правило, розташовуються в місцях з'єднання дрен із випускними колекторами. Колектор трубчастого дренажу виводиться в дренажну канаву, що розташовується в нижньому б'єфі за підошвою низового укосу. Дренажний банкет влаштовується, як правило, на руслових ділянках греблі при постійному рівні води в нижньому б'єфі і достатній кількості кам'яного матеріалу в районі будівництва. Перевищення гребня банкету над максимальним рівнем води в нижньому б'єфіhs
визначається з запасом на накат та нагон хвиль, але не менше 0,5 м. У курсовому проекті його можна приймати рівним 0,5 м. Ширина банкету поверху за межами низового укосу призначається за умовами проведення робіт, але не менше 1 м. Гребінь дренажного банкету рекомендується покривати шаром крупнообломочного грунту. З боку тіла і підвалини греблі передбачається створення піщано-щебеневого фільтра для запобігання суфозії. Розрахунковий діаметр каменю банкету визначається за формулою (4.3) з урахуванням можливих хвиль в нижньому б'єфі. При цьому, за відсутністю вихідних даних, умовно можна прийняти величину h2%
в нижньому б’єфі рівною 20-30 % відповідної хвилі в верхньому б’єфі, а значення довжини хвилі l
-- 15-20% відповідної хвилі в верхньому б’єфі. Наслонний дренаж рекомендується застосовувати на ділянках греблі, що перекривають затоплювану заплаву при відсутності на місці будівництва достатньої кількості каменю. Товщину наслонного дренажу варто призначати за умовами проведення робіт, але не менше величини Перевищення гребня наслонного дренажу над максимальним рівнем води в нижньому б'єфівизначається як для дренажного банкету. 7. Сполучення тіла греблі з берегами і
підвалиною Для запобігання небезпечної фільтрації по контакту земляної греблі з її підвалиною варто передбачати заходи, що забезпечує щільне сполучення грунту тіла греблі до грунту підвалини, залежать від характеру стану грунтів підвалини. Підготовка берегів і підвалини зводиться до видалення лісу і чагарнику, викорчовуванню пнів видаленню рослинного шару і шару пронизаного кореневищами дерев і кущів або ходами землерийних тварин, а також до видалення грунту, що містить значну кількість органічних включень або солей, легко розчинних водою. У курсовому проекті необхідно видалити рослинний шар грунту відповідно до інженерно-геологічних умов. Поверхня підготовленої м'якої підвалини повинна плавно слідувати за похилом місцевості. На ділянках із крутими схилами або при скельній підвалині сполучення провадиться за допомогою похилих уступів із горизонтальними площадками шириною 3-5 м , Похил похилих уступів повинний бути не більше 1:10, При більш крутих і вертикальних уступах можливо утворення поперечних тріщин по вертикальних площинах, що проходять через бровки уступів, Сполучення греблі з підвалиною проводиться в залежності від типу греблі і характеру грунту підвалини. Якщо підвалина греблі є не проникною (глина, важкий суглинок), а гребля однорідна то сполучення проводиться за допомогою зуба , глибиною не менше 0,75 м . Коефіцієнт закладення укосів зубаmz
= 1,5 - 2,0. У випадку невеликої потужності проникного шару в 2-4 м у підвалині однорідної греблі влаштовується замок. Якщо товщина проникного шару 4-8 м , а нижче його нескельний грунт, то сполучення проводиться шляхом влаштування зуба глибиною 1 -1,5 м і шпунта заглибленого у водоупор, що знаходиться нижче, на глибину 0,5 -1,0 м. При глибокому заляганні водоупору (8 м і більше) влаштовують понур. Найменшу конструктивну товщину понуру варто приймати не менше 0,5 м. У висотному відношенні понур рекомендується заглиблювати нижче поверхні землі з боку верхнього б'єфа. Для запобігання можливої фільтрації в зоні контакту насипного грунту понуру і природного грунту підвалини, можна конструктивно передбачити спорудження невеликого по глибині зуба (до 2-х метрів) на початку понуру. При проектуванні в якості протифільтраційного пристрою зуба необхідно мати на увазі, що його глибина відліковується від підошви греблі. Підошва греблі призначається нижче поверхні землі на глибину, рівну потужності рослинного шару або вивітреної зони скельного грунту з запасом 0,2 - 0,3 м. Питання про те, чи видаляти слабкі грунти підвалини під усією греблею або ж тільки з боку верхнього б'єфа до осі, вирішується на підставі економічних розрахунків з урахуванням можливої фільтрації і крутизни укосів. 8. Розрахунки сталої фільтрації через земляні греблі 8.1. Загальні
положення Розрахунки фільтрації в тілі греблі, підвалині і берегах відповідно до [9] варто виконувати для: а) визначення фільтраційної міцності тіла греблі і її підвалини і берегів; б) розрахунку стійкості укосів греблі і берегів; в) обгрунтування найбільш раціональних і економічних форм, розмірів і конструкцій греблі, її протифільтраційних і дренажних пристроїв. Фільтраційними розрахунками слід визначати такі параметри фільтраційного потоку в тілі греблі : а) положення депресійної кривої; б) фільтраційну витрату через тіло греблі; в) градієнти напору фільтраційного потоку в тілі греблі, підвалині, у місцях виходу потоку в дренаж, у нижній б'єф за підошвою низового укосу, у місцях контакту грунтів із різними механічними характеристиками і на межі протифільтраційних пристроїв. На підставі діючих градіентів фільтраційного потоку в підвалині земляної греблі необхідно вирішити питання про застосування і конструкцію протифільтраційних споруд у підвалині греблі. 8.2. Прийняті
позначення Практичні розрахунки сталої фільтрації води через земляні греблі повинні грунтуватись на сполученні уже відпрацьованих окремих найпростіших розрахункових прийомів і формул. 8.3. Найпростіші прийоми і формули, що використовуються при фільтраційних розрахунках
земляних гребель 1. Формула Дюпюї.
Уявимо прямокутний водопроникний масив АBCD (рис.Д.8.2), розташований на горизонтальній поверхні водоупору. Як відомо, величина фільтраційної витрати в даному випадку виражається формулою Дюпюї Якщо зневажимо проміжком просочування , то крива депресії MN
у даному випадку може бути побудована за формулою або 2. Визначення висоти зовнішнього проміжку просочування в області низового клина.
Конструкція низової частини греблі може бути різноманітною. Розрахункова схема греблі для випадку наслонного дренажу (рис.Д.8.3 ,а) показана на (рис.Д.8.3 , б), як схема греблі без дренажу. Розрахункова схема для випадку дренажного банкету (рис.Д.8.4, а) і для випадку трубчастого дренажу (рис.Д.8.4, б) може бути прийнята по (рис.Д.8.4, в), як схема греблі з вертикальним низовим укосом. Проміжок просочування для греблі з наслонним дренажем і для греблі без дренажу (розрахункова схема рис.Д.8.3, б) визначається за формулою При цьому вважають, що тіло греблі і її підвалина мають однаковий коефіцієнт фільтрації. Витрата q
, що фільтрується через греблю, для визначення проміжку просочування Проміжок просочування для греблі з дренажним банкетом або трубчастим дренажем (рис.Д.8.4) визначається за формулою 3. Активна та приведена зони фільтрації в підвалині греблі.
Якщо в уяві збільшувати Т
(рис.Д.8.1) від нуля до безкінечності (опускаючи поступово поверхню водоупору на безкінечно велику глибину), то крива депресії буде деформуватися - спочатку відчутно, а потім усе менше і менше. Нарешті, коли розмірТ
досягне деякої величини Т
ак
крива депресії практично перестане деформуватися, і висотне положення поверхні водоупору практично перестане впливати на криву депресії. Тобто, можна вважати, що при Т
=Т
ак
крива депресії стає такою ж, як при Т=
¥
.
Поверхневий шар підвалини потужністю Т
ак
може бути названий активною зоною фільтрації, величину ж Т
ак
можна при цьому назвати глибиною активної зони фільтрації. Користуючись цим поняттям, криву депресії у
випадку k
т
=k
о
необхідно завжди будувати для розрахункової поверхні водоупору, висотне положення якої Т
розр
визначають a)якщо б) якщо Активна зона фільтрації для розпластаного підземного контуру У випадку коли коефіцієнт фільтрації підвалини не дорівнює коефіцієнту фільтрації тіла греблі k
т
¹
k
о
користуються другим віртуальним способом: замінюють в уяві дійсну підвалину на фіктивну з k
т
=k
о
з розрахунковою поверхнею водоупору 8.4. Розрахунок однорідної
греблі Для побудови депресійної кривої у тілі однорідної греблі і визначення фільтраційної витрати необхідно: 1. Користуючись поняттям активної зони фільтрації, встановити розрахункове положення водоупору. 2. Користуючись поняттям приведеної зони фільтрації, привести грунт підвалини греблі до коефіцієнта фільтрації тіла греблі, при цьому встановлюємо приведене положення водоупору, яким надалі і користуємося. 3. Отриманий профіль греблі розбивають вертикалями W1
W1
іW2
W2
на три фрагмента (рис.Д.8.5) . Вертикаль W1
W1
проводять через точку А
урізу води верхнього б'єфа. Вертикаль W2
W2
проводять: а) у випадку
греблі з наслонним дренажем (рис.Д.8.3) або греблі без дренажу - через точку В
виходу кривої депресії на низовий укіс; б) у випадку
греблі з трубчастим дренажем (рис.Д.8.4) або дренажним банкетом через внутрішній край дренажних пристроїв. 4. отриманий профіль греблі заміняють на розрахунковий прямокутний профіль, обрис якого показано на (рис.Д.8.6) жирними лініями. Як очевидно, верхова вертикальна грань 4-3 розрахункового профілю, що доходить до приведеного водоупору, розташовуєтьсяна відстаніlв
=
0,4*
h
1
від вертикалі W1
W1
; горизонтальне дно верхнього б'єфа знаходиться на рівні поверхні приведеного водоупору; горизонтальне дно нижнього б'єфа - на рівні дійсного дна нижнього б'єфа (рис.Д.8.6, а), або на рівні підошви дренажу (рис.Д.8.6, б). У останньому випадку коли нижній б'єф у дійсності сухий, рівень води нижнього б'єфа розташовують на рівні дійсного дна нижнього б'єфа. Низова вертикальна межа розрахункового профілю проходить по вертикалі W2
W2
. 5. Обчислюють висоту D
зовнішнього проміжку просочування: а) у випадку схеми (рис.Д.8.6,а) - за формулою (8.4); б) у випадку схеми (рис.Д.8.6,б) - за формулою (8.7); Вертикаль W2
W2
для схеми на (рис.Д.8.6, а) (на відміну від рис.Д.8.6, б) можна намітити тільки після обчислення значення D
, і потім, користуючись ним, установлюють місце розташування точкиВ
виходу кривої депресії на укіс. 6. Знаючи висотне положення точки В
, знаходять глибину 7. За формулою Дюпюї визначають кінцеве (для схеми на рис.Д.8.6,б) значення витрати a) для схеми на (рис.Д.8.6,a) б) для схеми на (рис.П.8.6, б) де Lо
- горизонтальна відстань від урізу верхнього б'єфа до вертикалі W2
W2
. Для схеми (рис.Д.8.6, а) за отриманою витратою уточнюють D
за формулою (8.4), далі знаходять уточнене значення глибини 8) Знаючи витрату, будують криву депресії АВ
за формулою Дюпюї, що можна переписати у видгляді 9. Маючи криву депресії АВ
, коректують початкову ділянку: замінюючи криву аb
(рис.Д.8.6), отриману розрахунком, кривоюАb
, що проводиться візуально так, щоб ця крива в точці А
дійсного урізу води була нормальна до лінії укосу дійсного профілю греблі. Для схеми на (рис.Д.8.6,б) обчислену криву депресії необхідно візуально коректувати і на низовому її кінці, рахуючи що точка С
розташовується від вертикалі W2
W2
на відстані 0,1*Lo
. 8.5. Розрахунок греблі з екраном, розташованої на водонепроникній
підвалині Для простоти розглядають греблю, що має схематизований дренаж низового клина (рис.Д.8.7), коли висотою проміжку просочування можна знехтувати. Вважаючи що в розрахунковій схемі греблі товщина екрана є постійної по висоті (рівній деякій середній товщині дійсного екрана) , будемо мати поперечний профіль греблі. Фільтрація води через екран характеризується наявністю внутрішнього похилого проміжку просочування ab
.
Уздовж лінії ab
напір змінюється по лінійному законі. У області грунту abc
рух води не суцільний; тут вода окремими краплями падає на поверхню кривої депресії be
. Для визначення фільтраційної витрати і побудови кривої депресії в даному випадку зручніше усього використовувати віртуальний спосіб, що запропонований М.М. Павловским. Відповідно до цього способу від похилої осі екрана W/
W/
відкладають по горизонталі вліво (рис.Д.8.7) віртуальну товщину Причому для розрахунку дійсного профілю греблі з екраном (профіль 1-2-3-4) заміняють віртуальним профілем 1'-2'-3-4 виконаним однорідним грунтом, що має коефіцієнт фільтраціїk
т
. Отриманий вертикальний профіль 1'-2'-3-4 розраховують, як однорідну греблю. Фільтраційну витрату, знайдену для цього профілю, вважають рівною дійсній фільтраційній витраті. Низова ділянка bef
кривої депресії b'bef
,
побудована для віртуального профілю, являє собою шукану криву депресії для дійсного профілю ( у межах греблі). Ділянка a
о
a
депресійної кривої у межах екрана проводять у виді прямої лінії, нормальної до укосу греблі. 8.6. Розрахунок греблі з екраном розташованої на водопроникній
підвалині
При наявності водопроникної підвалини екран греблі завжди доповнюється або понуром, або зубом (висячим або що доходить до водоупору). У випадку екрана, що має понур , для побудови кривої депресії і для визначення фільтраційної витрати поступають так (рис.Д.8.8): 1. Використовуючи поняття активної зони фільтрації призначають розрахункову поверхню водоупору, якою далі і користуються при розрахунку (kо
¹
k
т
); 2. Припускають на початку, що горизонтальна лінія AB
, що відокремлює тіло греблі від підвалини, є лінією току; 3. Користуючись віртуальним способом М.М. Павловского, будують криву депресії в припущенні, що лінія АВ
, є поверхнею водоупору. Цю криву називають умовно лімітною кривою депресії I
(див. рис.Д.8.8); 4. Заміняють заданий водопроникний понур, що маєдовжинуlп
, абсолютно водонепроникним понуром довжиноюlо
, і одержують точку A’
- початок водонепроникного понуру. Рекомендується в курсовому проекті взяти lп
= 2lо
; 5. Розглядаючи лінію А'В
як підошву уявлюваного плоского (незаглибленого) флютбету, будують по способу подовженої контурної лінії п'єзометричну лінію для підошви А'В
цього флютбету (див. п'єзометричну лінію ab
). У якості лімітної депресійної лінії II
приймають ділянку п'єзометричної лінії cb
, що лежить у межах тіла греблі; 6. Шукану криву депресії проводять візуально так, щоб вона розміщалася приблизно в середині між I
таII
лімітними депресійними лініями . Даний спосіб можна вважати цілком прийнятним у тому випадку , коли відстань між I
і II
лімітними лініями невелика. У цьому випадку фільтраційна витрата через тіло греблі q
т
може бути знайдена тим же способом, що і для греблі з екраном на водонепроникній підвалині. Фільтраційна витрата через підвалину гребліq
п
визначається за методом подовженої контурної лінії за формулою Повна фільтраційна витрата води, що проходить через греблю і під греблею 8.7. Розрахунок греблі з
ядром При фільтраційному розрахунку товщину ядра d
я
можна прийняти постійною по всій висоті ядра і рівною деякій середній товщині дійсного ядра. Фільтраційний потік у тілі греблі при наявності ядра буде мати внутрішній проміжок просочування CD
(рис.Д.8.9). Розрізняють два можливих профілі греблі: приkо
¹
k
т
іkо
= k
т.
Розглянемо їх. Підвалина греблі має той же коефіцієнт фільтрації, що і тіло греблі (kо
= k
т
). Для розрахунку такого профілю (рис.Д.8.10) заміняють верхній клин греблі і її підвалину прямокутним еквівалентним масивом 1-2-3-4 шириною lв
=0,4h
1
. При цьому одержуємо вертикальну вхідну грань греблі 3-4, що доходить до водоупору ( дійсного ). Після цього, використовуючи перший віртуальний спосіб , заміняють ядро греблі, що має коефіцієнтфільтрації k
я
, віртуальним ядром , що має коефіцієнтфільтрації k
т
. Ширину віртуального ядра a'b'cd
, що заміняє дійсне ядро abcd
приймають рівною Після такої заміни вхідна грань греблі 3-4 переміститься в нове положення 3'-4', тоді Разом з тим ліва грань ядра ab
переміститься в нове положення а'b'
.
У результаті одержують розрахункову схему однорідної греблі 3'-4'-5-6-7-8-3'
. Знайдену для неї фільтраційну витрату вважають рівною шуканій витраті. Побудовану для цієї схеми криву депресії A'B'CD
змінюють так: середню її ділянку B'С
(що відповідає вертикальному ядру) відкидають, причому прямокутний масив 3'-4'-b'-a'
зсовують у право (у місці з приналежною йому ділянкою кривої депресіїA'B'
) доти, поки грань a'b'
цього масиву не співпаде з гранню ab
дійсного ядра, а крива депресії A'B'
не переміститься в положення AB
.
Потім уточнюють ділянку AB
кривої депресії так само, як і у випадку однорідної греблі. Ділянка кривої депресії, що відноситься до самого ядра звичайно практичного інтересу не має. Підвалина греблі має коефіцієнт фільтрації, відмінний від коефіцієнта фільтрації гребліkо
¹
k
т
.
У цьому випадку приводять заданий профіль греблі до профілю, що характеризується умовою kо
=k
т
,тобто до профілю, що розглянутий раніше. Для цього: а) заміняють дійсне заглиблення водоупору Т
д
приведеним заглибленням: У залежності від співвідношення коефіцієнтів kо
іk
т
значення Т
пр
може бути більше або менше Т
д
. Відповідно до цого на (рис.Д.8.11) показані (пунктиром) два варіанти висотного положення приведеної поверхні водоупору D'D'
,
користуючись яким надалі ведуть розрахунок; б)відповідно до другого віртуального способу змінюється коефіцієнт фільтрації ядра (див. рис.Д.8.11) У результаті цих двох операцій заданий профіль перетворюється в профіль, показаний на (рис.Д.8.9), що розраховують так само як і гребля з ядром при kо
=k
т
. При цьому використовують значення Т
пр
і kя.пр
. Ядро, що має приведений коефіцієнт фільтрації, вважають таким, що доходить завжди до приведеного водоупору. 8.8. Розрахунок фільтраційної міцності земляної
греблі При оцінці фільтраційної міцності грунтів у тілі греблі і підвалині, необхідно виконання умови Коефіцієнт надійності по відповідальності споруд визначається в залежності від класу капітальності: для 3-го класу 1,15, а для 4-го - 1,10 [6]. При розрахунку казуальної фільтраційної міцності за формулою (8.28) розглядають окремо тіло греблі і її підвалину (рис.Д.8.12), відділені горизонтальною лінією току АВ
.
Таблиця 8.1 Значення градієнтів напору Jcr,m
Примітка: для суглинків легких приймають менші значення, для суглинків важких – більші, для середній суглинків – середні. Розрахунок за формулою (8.28), що може бути названий розрахунком за методом контролюючого градієнту, носить повірочний характер. Маючи попередньо намічений профіль греблі, встановлюють для її тіла і підвалини Jest,m
іJcr,m
та потім перевіряють даний профіль за формулою (8.28). 1. Визначення
Jest,m
для тіла греблі.
Тіло греблі однорідне.
При наявності дренажу низового клина греблі у вигляді кам'яного банкету або трубчастого дренажу (рис.Д.8.13 , а, б)
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||