Конструювання греблі

Конструювання греблі виконується одночасно з побудовою на міліметровому папері водозливу та інших конструктивних елементів.

Конструювання водозливу

Крива поверхні водозливу будується за координатами Кригера – Офіцерова. Значення координат наведені в таблиці 2.4, для профілюючого напору Н_проф =1м.

Для інших значень напору координат X та Y, наведені у таблиці 2.4 слід помножити на фактичний напір Н_проф = Н_В2, який було отримано у результаті гідравлічного розрахунку. Початок координат приймаємо так, щоб вісь абсцис OX проходила через саму високу точку гребеня греблі

(співпадала з), а вісь ординат OY співпадала з верховою напірною

гранню (рис. 2.14).

Таблиця 2.4

Для спряжіння греблі з нижнім б’єфом проводиться крива радіусом R, так щоб вона торкалася водозливної грані та основи греблі або водобійної плити (рис 2.14). Значення спрягаючих радіусів R приймається в зале-жності від висоти греблі H _гр (H_гр =Р) та профілюючого напору H_проф = Н_В2 по таблиці 2.5. Або визначається за формулою:

R = (0, 2…0, 5) ∙ (Н_В2 + Р)(2.44)

де P - висота порогу водозливу,

Р =↓ ГВ – ↓ Дно (2.45)

Р = 105 – 65 = 40 м

R = 0, 2 ∙ (10 + 40) = 10 м

R = 0, 5 ∙ (10 + 40) = 25 м

Таблиця 2.5

Конструювання биків греблі

Бики греблі повинні забезпечувати плавний вхід води на водозливні прольоти з мінімальним її стисненням, тому їх вхідним оголовкам у плані надають окреслення, сприятливе для обтікання води та придають форму: напівциркульну (рис. 2.15 а) або криволінійно – загострену (рис. 2.15 в).

Бики можуть бути розрізненими і нерозрізненими. У разі нескельної основи, з метою уникнення нерівномірних осадок, бики улаштовуються розрізненими з конструктивним швом що проходить по вісі бика (рис.2.15б).

Нерозрізнені бики на скельній основі відрізняються конструктивними швами від тіла греблі (рис. 2.15 а). Розміри биків визначаються типом і конструкцією затворів, розміри водозливних отворів, а також конструкцією прогінних будівель мостів. Пази в биках у разі плоских затворів улашто-вуються так, як показано на рис. 2.16.

Розміри пазів приблизно можуть бути прийняті так:

- ширина m і глибина n пазу основного робочого затвору:

m = (1/7…1/10) ∙ b_пр; n = m /2 (2.46)

де b _пр - ширина водозливного отвору, м

m = 1/10 ∙ 14 = 1, 4 м

n = 1, 4/2 = 0, 7 м

- ширина а і глибина с пазу ремонтно-аварійного затвору приймається:

а ≈ с ≈ 0, 5 м

Товщина бика складатиме:

d_б = 2d_о + 2n – для нескельної основи, (2.47)

d_б = d_о + 2n – для скельної основи, (2.48)

де d_о – товщина бика в вузькій частині,

n – глибина пазу основного робочого затвору, м.

Висота биків повинна бути достатньо для закріплення затвору, коли він знаходиться у підтягнутому стані.

Відмітку верху бика визначаємо за формулою:

↓ Бик = ↓ ГВ + d₃ (2.49)

де d₃ - перевищення бика над порогом водозливу.

Значення d₃ визначається в залежності від кількості прольотів n:

при n ≥ 8, d₃ = Н_В2 + 0, 6 × Н_В2 (2.50)

при n < 8, d₃ = 2 × Н_В2 (2.51)

де Н_В2 - напір на гребені водозливу, м;

При кількості водозливних прольотів n ≥ 8, маневрування затворами здійснюється за допомогою крану, а при n < 8 шт. підйом та опускання затворів здійснюється гідропідйомником.

Конструювання стоянів

Примикання водозливної греблі до інших споруд гідровузла здійснюється за допомогою спрягаючих споруд. Спряження з бетонними спорудами (будівля ГЕС, шлюз) виконується за допомогою роздільних стоянів, які виходять в бік верхнього б’єфу на довжину понуру, а у бік нижнього б’єфу – не менше ніж на довжину водобою. Для гребель що конструюються на скельних основах, довжина виходу такого стояна в бік верхнього б’єфу складає приблизно 20 м.

В конструктивному відношенні роздільний стоян являє собою напівбик. Його гребінь повинен перевищувати рівень води у нижньому б’єфі на 1м – 1, 5м.

Спряжіння водозливної греблі з ґрунтовими греблями або берегами здійснюється за допомогою берегових стоянів та стоянів – відкрилків, що являє собою підпірні стінки. В плані спрягаючі стінки стояна повинні мати окреслення, сприятливе для пропуску води. Частіше, це криволінійні відкрилки, що заходять в укоси земляних гребель. Кут сходження таких відкрилків зі сторони верхнього б’єфу складає від 10° до 30°, а з нижнього - 6°…12°. Гребінь низового відкрилку повторює окреслення ґрунтової греблі і зазвичай перевищує розрахунковий рівень води у нижньому б’єфі на 1м – 1.5м.

Підпірна стінка спрягаючих відкрилків, за конструкцією, частіше масивна залізобетонна і складається з вертикальної та горизонтальної плити.

Основні параметри стінки (рис. 2.17) можна визначити користуючись наступними формулами:

- ширина фундаментної плити:

В_п = (0, 5…0, 9) × Н_п (2.52)

де H_n - висота підпірної стінки, м.

- консольна частина фундаментної плити:

b₁ = (0, 25…0, 3) × В_п (2.53)

b₂ = (0, 7…0, 75) × В_п (2.54)

- товщина вертикальної плити:

b₄ = (0, 1…0, 2) × H_п (2.55)

b₃ = (0, 4…0, 5) × b₄ (2.56)

Визначення ширина греблі по основі

Для гребель на нескельній основі, при попередньому проектуванні, ширина греблі по основі B_осн приймається в залежності від типу грунтів осно-ви, розрахункового напору H_d, або висоти водозливної греблі H_гр (H_гр = P).

Для галечникових та гравелистих грунтів ширина основи греблі складатиме:

В_осн = (2…2, 25) × H_d або В_осн = (1, 25…1, 75) × H_гр (2.57)

для супіщаних та піщаних грунтів:

В_осн = (2, 25…2, 5) × H_d або В_осн = (1, 75…2) × H_гр (2.58)

для суглинистих грунтів:

В_осн = (2, 5…2, 75) × H_d або В_осн = (2…2, 25) × H_гр (2.59)

для глинистих:

В_осн = (2, 75…3) × H_d або В_осн = (2, 25…2, 5) × H_гр (2.60)

Глибина закладання фундаментальної плити залежить від відмітки розташування надійних ґрунтів основи, умов затоплення гідравлічного стрибка та безпечного виходу фільтраційного потоку в дренаж, для попере-дніх розрахунків можна визначити за формулами:

h_ф = (0, 15…0, 2)× В_осн або h_ф = (0, 3…0, 6)× H_d (2.61)

Глибину залягання зуба h_зуб та ширину зуба b_зуб можна визначити за наступною залежністю:

h_зуб = 0, 2 × H_d (2.62)

h_зуб = 0, 4 × H_d (2.63)

Для гребель розташованих на скельних та напівскельних ґрунтах попередня орієнтована ширина греблі по основі може бути визначена по формулі:

В_осн = 0, 7 × Н_сп (2.64)

де Н_сп - висота споруди, м.

Н_сп = ¯ Бик – ¯ Дно (2.65)

¯ Бик - відмітка верху бика, м;

¯ Дно - відмітка дна ріки, м.

Н_сп =28, 2 – 0 = 28, 2 м

В_осн =0, 7 × 28, 2 = 19, 7 м

Конструювання автомобільної дороги

Ширина автодорожнього полотна греблі визначається в залежності від категорії автодороги (згідно з завданням на КП) та приведена у таблиці 2.5.

Таблиця 2.5

Перевищення відмітки автодороги над розрахунковим рівнем води (¯ НПР) у верхньому б’єфі залежить від висоти хвилі H_1% забезпеченістю та середньої довжини хвилі l. Для визначення цих параметрів хвилі необхідно спочатку розрахувати безрозмірні величини:

та (2.66)

де g - прискорення вільного падіння, g = 9, 81м/с²;

t -безперервна тривалість вітру, t = 36 000 сек.;

L, V - відповідно довжина розгону та швидкість вітрової хвилі, м; м/c.

За графіком на рис. 2.19 знаходимо значення відповідних величин:

(2.67)

Середня висота хвилі h_d визначається за співвідношенням (2.67):

(2.68)

Середній період хвилі T визначається за співвідношенням:

(2.69)

Середня довжина хвилі визначається за формулою:

(2.70)

де π - число Піфагора, π = 3, 14.

Висота хвилі забезпеченістю залежить від коефіцієнту, який можна визначити за графіком на рис. 2. 20, тоді:

h_1% = k_1% × h_d (2.71)

h_1% = 2, 1 × 0, 89 = 1, 86

Відмітка автомобільної дороги складатиме:

Авт.дор = ¯ НПР + h + а, (2.72)

де h - перевищення дороги над, м

(2.73)

k - хвильове число,

(2.74)

Авт.дор =

Таблиця 2.6

а – запас по висоті греблі, залежить від класу споруди, м; (табл. 2.6).

Конструювання понуру (нескельна основа)

Довжина понуру визначається за формулою:

l_n=(1…3)× H_d (2.75)

При розрахунковому напорі H_d < 15 м та піщаних ґрунтів основи улаштовується понури з глинистих матеріалів. При напорах більше 15 м, та будь яких ґрунтах основи обирається залізобетонний анкерний понур.

Понур з глинистих матеріалів. Мінімальна товщина понуру на його початку приймається t_min = 0.5 … 0.75 м, а в примиканні до греблі – 1 … 2 м.

Зверху водонепроникний матеріал понура покривається захисним шаром з місцевого матеріалу на який укладається зворотній фільтр товщиною 15 – 20 см. Поверх зворотнього фільтру улаштовується кріплення у вигляді кам’яної мостової або бетонних плит збірних чи монолітних, товщиною 20 - 50 см.

Анкерний понур. Складається з залізобетонних плит товщиною 0, 4 – 0, 7 м, арматура яких з’єднана з арматурою нижньої сітки фундаментальної плити греблі. Для збереження необхідної водонепроникності понуру залізобетонні плити прикриваються зверху двома шарами бітумних матів та шаром суглинку. Для пригрузки понуру та захисту від пошкоджень, поверх нього відсипається місцевий ґрунт, укладається зворотній фільтр та улаштовується захисне кріплення.

Конструювання шпунтів (нескельна основа)

В якості вертикальних протифільтраційних улаштувань частіше всього застосовують плоскі сталеві шпунти. В піщаних ґрунтах улаштовується верховний підгребельний (корольовий) шпунт та, у разі анкерного понуру, понурний шпунт.

Попередня довжина шпунта може бути прийнята:

понурного - l_ш = 3м…0, 5 × Н_d (2.76)

королькового - l_ш = (0, 5…0, 15) × Н_d (2.77)

З’єднання шпунта з фундаментом греблі здійснюється за допомогою гідроізоляційних шпонок що улаштовуються в бетоні фундаменту.

Конструювання горизонтального дренажу (нескельна основа)

Улаштування горизонтального дренажу основи сприяє зняттю фільтраційного тиску на підошву споруди та забезпечує фільтраційну міцність ґрунту основи.

Горизонтальний дренаж улаштовується під всією площею водобою, рисберми і частиною фундаменту греблі. Основним елементом дренажу являється зворотній фільтр. Кількість шарів та крупність фракцій фільтру підбирається в залежності від типу ґрунту основи.

Зазвичай, для гребель розташованих на піщаних грантах улаштовується трьохшарові зворотні фільтри. Зазвичай товщина усіх шарів такого фільтру 0, 8 – 1 м, при товщині кожного шару не менше ніж 0, 2 м. На глинистих грантах частіше улаштовують двошаровий зворотній фільтр, товщиною одного шару не менше 0, 2 м.